局域态密度对表面等离激元特性影响的研究

韩清瑶; 汤俊超; 张弨; 王川; 马海强; 于丽; 焦荣珍

doi:10.7498/aps.61.135202

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摘要

表面等离激元是一种在金属与介质界面上激发并耦合电荷密度起伏的电磁振荡, 具有近场增强和短波长等特性, 在纳米光子学的研究中扮演重要角色. 将表面等离激元的效应用于单光子源的制备, 不但可以有效减小器件的体积, 而且可以有效提高单光子的辐射和收集效率. 本文根据表面等离激元的珀赛尔系数与光子态密度的关系, 采用局域态密度计算的方法, 分析了不同金属材料的局域态密度及珀赛尔系数的特性. 通过计算比较, 选择银为最佳金属材料, 并在此基础上讨论了探测距离和电介质材料对局域态密度和珀赛尔系数的影响, 为基于表面等离子激元的单光子源制备提供重要参数.

关键词:

作者及机构信息

1.
北京邮电大学理学院, 北京 100876

基金项目: 国家重点基础研究发展计划 (批准号: 2010CB923202) 和中央高校基本科研业务费(批准号BUPT2009RC0709) 资助的课题.

参考文献

[1]	Wang Q Y, Wang J, Zhang S L 2009 Optical Technique 35 163
[2]	Oulton R F, Bartal G, Pile D F P, Zhang X 2008 New Journal of Physics 10 105018
[3]	Lounis B, Orrit M 2005 Rep. Prog. Phys. 68 1129
[4]	Choi Jeong-Ryeol 2010 Chin. Phys. B 19 010306
[5]	Chen J J, Li Z, Zhang J S, Gong Q H 2008 Acta. Phys. Sin. 57 5893 (in Chinese) [陈建军, 李智, 张家森, 龚旗煌 2008 物理学报 57 5893]
[6]	Wu Z Y, Yang Y T, Wang J Y 2010 Acta Phys. Sin. 59 1890 (in Chinese) [吴振宇, 杨银堂, 汪家友 2010 物理学报 59 1890]
[7]	Wang Y, Wu Q, He X J, Zhang S Q, Zhuang L L 2009 Chin. Phys. B 18 1801
[8]	Gerard J M, Sermage B, Gayral B, Legrand B, Costard E, Thierry-Mieg V 1998 Phys. Rev. Lett. 81 1110
[9]	Liu B C, Yu L, Lu Z X, 2011 Chin. Phys. B 20 037302
[10]	Gontijo I, Boroditsky M, Yablonovitch E 1999 Phys. Rev. B 60 11564
[11]	Novotny L, Hecht B 2006 Principles of Nano-Optics (Cambridge, Cambridge University Press) pp236-259
[12]	Shchegrov A.V, Joulain K, Carminati R, Greffet J J 2000 Phys. Rev. Lett 85 1548
[13]	Chen J J, Li Z, Gong Q H 2009 Chin. Phys. B 18 3535

施引文献

[1]	Wang Q Y, Wang J, Zhang S L 2009 Optical Technique 35 163
[2]	Oulton R F, Bartal G, Pile D F P, Zhang X 2008 New Journal of Physics 10 105018
[3]	Lounis B, Orrit M 2005 Rep. Prog. Phys. 68 1129
[4]	Choi Jeong-Ryeol 2010 Chin. Phys. B 19 010306
[5]	Chen J J, Li Z, Zhang J S, Gong Q H 2008 Acta. Phys. Sin. 57 5893 (in Chinese) [陈建军, 李智, 张家森, 龚旗煌 2008 物理学报 57 5893]
[6]	Wu Z Y, Yang Y T, Wang J Y 2010 Acta Phys. Sin. 59 1890 (in Chinese) [吴振宇, 杨银堂, 汪家友 2010 物理学报 59 1890]
[7]	Wang Y, Wu Q, He X J, Zhang S Q, Zhuang L L 2009 Chin. Phys. B 18 1801
[8]	Gerard J M, Sermage B, Gayral B, Legrand B, Costard E, Thierry-Mieg V 1998 Phys. Rev. Lett. 81 1110
[9]	Liu B C, Yu L, Lu Z X, 2011 Chin. Phys. B 20 037302
[10]	Gontijo I, Boroditsky M, Yablonovitch E 1999 Phys. Rev. B 60 11564
[11]	Novotny L, Hecht B 2006 Principles of Nano-Optics (Cambridge, Cambridge University Press) pp236-259
[12]	Shchegrov A.V, Joulain K, Carminati R, Greffet J J 2000 Phys. Rev. Lett 85 1548
[13]	Chen J J, Li Z, Gong Q H 2009 Chin. Phys. B 18 3535

[1]	张尧, 张杨, 董振超. 单分子尺度的光量子态调控与单分子电致发光研究. 物理学报, 2018, 67(22): 223301. doi: 10.7498/aps.67.20181718
[2]	周强, 林树培, 张朴, 陈学文. 旋转对称表面等离激元结构中极端局域光场的准正则模式分析. 物理学报, 2019, 68(14): 147104. doi: 10.7498/aps.68.20190434
[3]	朱华, 颜振东, 詹鹏, 王振林. 局域表面等离激元诱导的三次谐波增强效应. 物理学报, 2013, 62(17): 178104. doi: 10.7498/aps.62.178104
[4]	黄志芳, 倪亚贤, 孙华. 柱状磁光颗粒的局域表面等离激元共振及尺寸效应. 物理学报, 2016, 65(11): 114202. doi: 10.7498/aps.65.114202
[5]	张红, 尹海峰, 张开彪, 林家和. 基于含时密度泛函理论的表面等离激元研究进展. 物理学报, 2015, 64(7): 077303. doi: 10.7498/aps.64.077303
[6]	董太源, 叶坤涛, 刘维清. 表面波等离子体源的发展现状. 物理学报, 2012, 61(14): 145202. doi: 10.7498/aps.61.145202
[7]	王素梅, 马海强, 吴令安. 基于偏振纠缠光子对的单光子源. 物理学报, 2009, 58(2): 717-721. doi: 10.7498/aps.58.717
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[10]	张宝宝, 张成云, 张正龙, 郑海荣. 表面等离激元调控化学反应. 物理学报, 2019, 68(14): 147102. doi: 10.7498/aps.68.20190345
[11]	王文慧, 张孬. 银纳米线表面等离激元波导的能量损耗. 物理学报, 2018, 67(24): 247302. doi: 10.7498/aps.67.20182085
[12]	吴晗, 吴竞宇, 陈卓. 基于超表面的Tamm等离激元与激子的强耦合作用. 物理学报, 2020, 69(1): 010201. doi: 10.7498/aps.69.20191225
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[15]	刘姿, 张恒, 吴昊, 刘昌. Al纳米颗粒表面等离激元对ZnO光致发光增强的研究. 物理学报, 2019, 68(10): 107301. doi: 10.7498/aps.68.20190062
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[18]	姜美玲, 郑立恒, 池骋, 朱星, 方哲宇. 阴极荧光在表面等离激元研究领域的应用. 物理学报, 2017, 66(14): 144201. doi: 10.7498/aps.66.144201
[19]	李明, 陈阳, 郭光灿, 任希锋. 表面等离激元量子信息应用研究进展. 物理学报, 2017, 66(14): 144202. doi: 10.7498/aps.66.144202
[20]	刘亮, 韩德专, 石磊. 等离激元能带结构与应用. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20200193

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局域态密度对表面等离激元特性影响的研究

1. 北京邮电大学理学院, 北京 100876

基金项目:

国家重点基础研究发展计划 (批准号: 2010CB923202) 和中央高校基本科研业务费(批准号BUPT2009RC0709) 资助的课题.

收稿日期: 2011-09-01

修回日期: 2011-12-21

刊出日期: 2012-07-05

摘要: 表面等离激元是一种在金属与介质界面上激发并耦合电荷密度起伏的电磁振荡, 具有近场增强和短波长等特性, 在纳米光子学的研究中扮演重要角色. 将表面等离激元的效应用于单光子源的制备, 不但可以有效减小器件的体积, 而且可以有效提高单光子的辐射和收集效率. 本文根据表面等离激元的珀赛尔系数与光子态密度的关系, 采用局域态密度计算的方法, 分析了不同金属材料的局域态密度及珀赛尔系数的特性. 通过计算比较, 选择银为最佳金属材料, 并在此基础上讨论了探测距离和电介质材料对局域态密度和珀赛尔系数的影响, 为基于表面等离子激元的单光子源制备提供重要参数.

关键词:

The effects of local density of states on surface plasmon polaritons

1.
Science School, Beijing University of Posts and Telecommunication, Beijing 100876, China

Fund Project:

Project supported by the National Basic Research Program of China( Grant No. 2010CB923202) and the Fundamental Research Funds for the Central Universities of Ministry of Education of China (Grant No. BUPT2009RC0709).

Received Date: 01 September 2011

Accepted Date: 21 December 2011

Published Online: 05 July 2012

Abstract: Surface plasmon polariton (SPP) is a kind of electromagnetic oscillation coupling due to the undulation of charge intensity, which is excited at the interface between metal and dielectric. With the help of near-field enhancement, surface plasmon polariton plays an important role in nano-photonics. When the effect of SPP is used to fabricate the single photon resource, not only the volume can be miniaturized, but also the single photon radiation and collection efficiency can be effectively improved. According to the relationship between the factor of Purcell effect and the density of states, we calculate the local density of electromagnetic states(LDOS) and Purcell factor. By analyzing the local densities of electromagnetic states of different metallic materials, we find that silver is the most suitable metal. For a certain metal, the detection distance and the dielectric material also have influences on local density of electromagnetic states and Purcell factor, and they provide important parameters for the designing of single photon resource based on surface plasmon resonances.

Keywords:

surface plasmon polaritons /
local density of electromagnetic states /
Purcell factor /
single photon resource

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