双层金属线平面手征结构的强旋光性和

近似 # 平面 波 垂 直 于 结 构 表 面 入 射 # 垂 直 于 波 的 传 播 方 向 上 采 用 周期 性 边 界 条件 + K Q波 与 b K Q波 之 间 的 透 射 圆二色 性 表 征 了 ‘ . 4 # /越 大 表 明 结 构 谱 差 异 #其 值 " # 4 ,, .. 的 光 学 活 性 越 好+ 而 旋 光 角 * # &6 1 W "4 1 W "4 ..! .6 ,,! ( 的大 小 进 一 步 表 明 了 结 构 " K Q波 光 学 活 性的 优 劣 # 这 里 4 j j和 4 J J分 别表示 ‘ K Q波 传播 时 介 质 的 透 射 系数 +利 用 得 到的 透 射 和b ) 相对 系数和 反 射 系数 # 反 演 计 算 结 构的 手 征 参数 > ) 相对 介 电 常数 "及 折 射 率 < 等 # 通过 这些 磁导率 参数的对 比来 获 得 最 优 的 结 果 +
%% 提出一种由 四 重 对称的金 属 线构 成 的 双 层 平面 手 征 结 构 # 并对 两 层 金 属 线 之 间 旋 转 角 度 1和 介 质 层 厚 度 N 进 行 了 优 化 +数 值 模 拟 结 果 显 示 # 在 一 定 的 1 和 N 下 #该 结 构 在 近 红 外 波 段 具 有 极 强 的 旋 光 性 和 大 的 手 征 参 数 #且 在 一 定 的 波 段 范围 内 具 有 负 折 射 率 +
! 正 视图 # " I ! 背 视图 # " > ! 仰 视图 图 !% 双 层 金 属 线 平面 手 征 结 构 示 意 图 % " 6
点 #随 着 1 的 增 加 谐 振 峰 值不断 地 增 加 # 且 谐 振波 长
/,模 拟 计算和分析
89 4*不 同 旋 转角 的分 析 # /#} # (#} # 3#} # 图 " 给 出 了 金 属 线 分 别 旋 转 #} !"#} K Q波 和 ‘ K Q波 传 播 时 的 透 射 谱 + 和 !2#} 后 b ! 可 以 看 出% 对 于 b K Q波 # 当 旋 转 角 1在 从图 " " 6 #} ’(#} 之 间 时 存 在 两 个 谐 振 点 # 且 随 1的 增 大 # 较 短 波 长 处 谐 振 点 逐 渐 消 失 +对 于 较 长 波 长 处 谐 振
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’ & 5 向 !, ! & 5 移 动 # 当 1m 3#} 从 !, 时#谐 振 波 长 !& 5 左右 +从 图 " " I ! 可以 看 出 # 当 1 基 本维 持 在 !, ’3#} 为 /#} 之 间 时# 透 射 曲 线 只 存 在 一 个 谐 振 点# !& 5 附 近 +而当 1 m 3#} 其 谐 振波 长 在 !, 时 #存 在 着 ! & 5附 近#较 两 个 谐 振 点 # 较 短 波 长 处 谐 振 点 在 !, 长 波 长 处 谐 振 点 随 1的 增 加 其 谐 振 峰 值 不 断 减 小 # ! & 5 移 向 !, ’ & 5 +从以上分 析 可 且 谐 振波 长 从 !, ’!)#} ’ 知 # 旋 转 角 1在 3#} 时 的 透 射 谱 与 1在 #} 3#} 时的透射谱谐振情况刚好相反+
手征 结 构 和 手 征 负 折 射 的 近 期 研 究 进 展 进 行 了
+
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UB 7 1 A9 等
在 "##! 年 首 先 研 究 了 双 层 平 面 手
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征 金 属 微 结 构的 耦 合 # 从 理 论 上 预 言 了 双 层 结 构 的 S 9 ?等 强旋 光 性 +[ 对工作波长在近红外的希腊 十字形 手 征 结 构 进 行 了 模 拟 计 算# 得 到 了 最 大 为
& ! ’’ (
光 波 段 具 有 强 的 旋 光 性 +最 近 # 一 些 新 的 具 有 强 旋 光 性和 负 折 射 率 的 双 层 手 征 结 构 被 提 出 # 如 双 层 玫 瑰结 构 形结 构
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) 十 字 形 结 构 & ’ #!! ( ) f 形 结 构 & !" ’ !’ ( ) b
Z 1 DGM " $v "#)! c _ #3 " $v /2 c _ ! 模型 " 3 AL >L
",结构 描述 和模 拟 方法
设 计 的 平面 手 征 结 构 为 周 期 性 结 构 # 每 个 单 元 结 构 如 图 ! 所示 +它 是由 分 布 在 介 质 层 两 面 的金 属 # 3#} # !)#} 线构 成 # 底 层 由 四 条 依 次 旋 转 #} 和 "*#} 的金 属 线 按 一 定 的 位 置 排 列 # 顶 层 的 每 条 金 属 线 对 的 角 度 # 如 图 ! 所示 + 应于底层金属线顺时针旋转 1 #金属线的长 具 体 结 构 参 数 如 下 % 周 期 E L)## ?5 /## ?5 # 宽 度 [L !## ?5 #厚 度 % L 2# ?5 #介 度 #; L ’# ?5 +其 中金 属 层 为 F D #介 质 层 采 质层的厚度 N L C !, /) ! +对 周期 结 构 采 用 频 用的 是 NW " " 折射率 < L D 用 域有 限 元 方 法 进 行 模 拟 计 算 + 模 拟 计 算 时# F
& 2 #3 (
! 圆二 图 /% 不 同 旋 转 角 1 下的圆二色性谱和旋光角曲线 % " 6 色 性 谱 # " I! 旋 光 角 曲 线
+图 / " 6 ! 给出了该结构
! 可以看 旋转不同角 度 后 的 圆 二 色 性 谱+ 从图 /"6 L #} # G@ # 因 为 此 时该 结 出 %当 1 时 # 圆 二 色 性 值 "L 构 不 具 有 手 征 性 $ 而当 1 & #} 时#该 结 构 表 现 出 很 好 ’!)#} ’3#} 的 圆 二 色 性 $ 1为 3#} 和 #} 时的圆二色 性谱具 有 对 称 性+ 这与上述对透射谱的分析符吻 合 +图 / " I ! 所 示 的 旋 光 角 曲 线 更 进 一 步 表 明 了 旋 转 不 同 角 度后 结 构 光 学 活 性的变化 情 况 # 从 图 / " I ! 可以 看 到 # 旋 光 角 出 现 跳 变 点 的 位 置 与 透 射 谱 出 现 谐 振 点 的 位 置 相 对 应 # 且 1n3#} 时 # 随 1的 增 加 旋 射率 <X # 槡 # " -X> K Q波 和 b K Q波 + 其中正 负 号 分 别 表 示 ‘ 由此以看 K Q 出 #只 要 手 征 参 数 的 绝 对 值 足 够 大 # 就 可 实 现 ‘ K Q波 的 负 折 射 +由 模 拟 计 算 得出 的 透 射 系数 波或 b 4 #反演得到的 介质波阻抗 Q j j# 4 J J和 反 射 系 数 W
了三层手征网格结 构#模 拟 结 果 显 示 该 结 构 在 可 见 手征结构因缺 乏 镜 像 对 称 性#因 此 具 有 很 好 的 光学活 性# 即 电 磁 波 经 过 手 征 介 质 后 产 生 了 旋 光 性 +自然 界 中 手 征介 质 的 旋 光 性 由 具 有 内 在 螺 旋 特 性的分 子引 起或 由 原 子 分 子 的 螺 旋 排 列 引 起 # 其 旋 光 性的 根 源 是 圆 双 折 射 # 强 度 一 般 很 弱 +而 对 于 人 工 手 征介 质 # 旋 光 性 不 是 由 分 子 手 征 性 引 起 而 是 由 结 构 手 征 性 引 起 #因 此 其 旋 光 性 的 根 源 是 结 构 手 征 引起的光学 空 间 色 散# 与 自 然 介 质 相 比# 人 工 手 征 介 质 具 有更 大的 旋 光 性和 手 征 参数 +手 征介 质 中 传 K Q ! 和左旋圆极化 播的电磁 波 存 在 右 旋 圆 极 化 " ‘ "b K Q ! 两个本 征 波#且 这 两 个 本 征 波 的 折 射 率 是 不 同的 # 在 介 质 谐 振 频 率 附 近 手 征 参 数 变 大 # 而 大 的 手征 参 数 为 实 现 手 征 介 质 的 负 折 射 率 提 供 了 可能
K Q波 和 ‘ K Q波 传 播 时 的 透 射 谱 % " 6 ! 图 "% 不 同 旋 转 角 1 下b b K Q波 #" I ! ‘ K Q波
平面 手 征 结 构 的 光 学 活 性 主 要 体 现 在 结 构 的 圆 二 色 性和 旋 光 角 *上 # 其 中 圆 二 色 性 表 征 的 是 手 K Q波 与 b K Q波 透 射 谱 之 间 的 差 征介 质 中 传播 的 ‘ 异 # 而 旋 光 角 *则 指 手 征 介 质 对 入 射 光 偏 振 面 的 旋 转 能 力 # 它 们 产生 的 机 理 是 由 于 双 层 平 面 手 征 金 属 微结构之间的电磁耦合