基于两宽度不同的金属杆的Fano共振特性研究(2)
基于不同等离激元结构的Fano共振研究[3,4]是近几年的热门。等离激元学是光学的一门分支。等离子体是电中性的物质，又被称为电浆，1879年由克鲁克斯发现。原子在磁场或电场作用下失去部分电子后带正电，它与带负电的电子组成“离子浆”，正负电荷相等的离子浆就被称作等离子体[5]，它们存在广泛但分布范围较小。 等离子态与其他三种物质形态差异甚多。等离子体内部存在着数量巨大的带电离子，它们的振荡互相影响，是一个集体过程。只要一个自由电子离开平衡位置，周围的电荷会给它排斥和吸引的库仑力，在库仑力的作用下，离子进行集体性的运动，从而产生纵向传播的等离子波[6]。
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亚波长的金属结构在入射光激发下，表面的带电粒子出现相干集体振荡，并在金属和所处电介质的交界处与电磁场耦合。当集体振荡的频率和入射光频率相同时发生共振[7]，此时，局域表面电场大大增强[8]，这就是表面等离激元现象，这种电磁场模式就是表面等离激元[9]。
亚波长金属结构的形状，位置，成分和周围电介质条件[10]的变化都会对表面等离激元产生很大影响，我们可以根据这种变化调控共振谱线、场分布、电场强度，与此同时，它还在纳米光子学、生物光子学，光化学学等领域有很大发展潜力。
大多数情况下，等离子体处于动力学平衡，即等离子体中的带电粒子所受的里平衡后为零，但无论什么情况下，等离子体都处于热学不平衡。也就是说等离子体中存储了一一部分自由能，而这部分自由能在一定条件下使等离子体剧烈运动或者产生电磁波辐射。
在等离子体中会发生一些集体性的能量转化过程[11]，这就是等离子体的非线性效应。用数学方式表达的话就是对于动力学平衡的一个小偏量x，它的变化率为（dx/dt），因为运动是集体性的，所以一个小偏移会引起更大的偏移，即变化率（dx/dt）与x本身成正比。即
1.3 课题研究内容
本文着重于理论方面的研究。通过HFSS软件模拟了两个宽度不同的平行金属杆受到外界激励时的Fano共振特性，其中主要以间距和杆长作为变量，同时也讨论了两杆旋转及改变结构和电磁场所成方向后谱线的变化。在第一章中我们主要对介绍了本课题的发展背景以及国内外在这一方面取得的成果在并且介绍了Fano共振的产生原理和等离子体的一些知识。由于本论文的研究重点是亚波长的平行金属杆结构，所以在第二章我们设计了一个平行金属杆结构，借鉴了国内外的一些设计思路通过宽度不同的金属杆研究Fano共振。第三章中改变金属杆结构的一些参数，并且用HFSS软件仿真模拟并且计算分析了不同变量下输出结果的差别。第四章我们将会对前面三章得到的结果进行概括和展望对这一领域的发展。
无论是在国内还是国外，科学家们在这一领域都有很大的收获[12]，例如北京大学朱星课题组在非对称结构[13,14]银圆盘结构中取得进展，西安光机所的高灵敏度纳米传感器的研究还有用这一现象实现密集波分复用的项目。这都表明了对于Fano共振的研究不仅在光透射反射吸收方面[15]，相位调制方面有重要意义，它对光子器件的设计生产也有了新的启发。