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1998年,Ebbesen等通过在金属膜引入周期孔阵列,发现即使当波长是孔的直径十倍时,仍有很强的透射光强,并且透过率超过小孔面积的百分比,也就是说部分入射在小孔外金属膜上的光也透射过去了[1～5],这种现象被称为光异常透射现象(Extraordinaryopticaltransmission,EOT)。由于透过的光在某些波长得到增强,这一增强透射现象随后引起了人们广泛的关注和研究。
实验上研究发现,通过结构参数的改变,增强透射效应与多个因素有关,如结构周期、孔的形状、入射角度、金属层厚度,以及上下接触媒质的介电性质等等[6～8]。另一方面,人们希望从理论上弄清增强透射的物理机制,尤其是微观机制。
EOT现象报道之后,包括Ebbesen在内的许多人是通过入射光与金属表面SPP的耦合来解释这一现象的,即当光入射到金属表面,通过周期阵列所提供的倒格矢使得光与SPP动量匹配;SPP一旦激发引起光场的能量局域在金属表面,并且通过小孔隧穿到下表面,同时以一个逆过程辐射出去,从而形成增强透射[9,10]。即使上下表面的SPP的能量有差异,下表面的SPP也可以被入射光所激发。例如,对于正方孔阵列,增强透射峰的位置可由下面的公式来确定,
其中m,n为整数，、分别为介质和金属的介电常数。
早期的实验证实,通过改变周期结构可以调节透射峰的移动,因此认为透射峰位置主要是由周期决定。在周期阵列的EOT现象中认为SPP起重要作用的直接证据就是所观测到的共振峰存在明显的色散特征,即共振波长(频率)对入射角度的依赖性,这已被大多数实验所验证[11～13]。朱永元研究组还发现,EOT的峰位和透射率还依赖于微孔阵列的旋转对称性。例如他们研究了六角、四方和石墨结构周期性圆孔阵列,发现对称性越高,透射率越大,因此提出通过调节倒格矢的傅里叶分量可以实现对不同透射级数的抑制[14～16]。这一思想实际上在随后的关于具有高旋转对称性准周期结构体系中也得到了证实。Vardeny研究组研究了微孔排列具有N重(N=10,12,18,40,120)旋转对称性的准周期结构体系的EOT现象,发现共振峰的位置与结构因子的分立倒格矢一一对应,并且共振峰的形状由分立共振模与单孔非共振型连续谱通过Fano干涉而决定[17～20]。
在EOT研究方面一个重要的进展是Klein等发现,在周期和孔面积不变的情况下改变方形孔的形状(例如长宽比),透射峰位置仍会出现移动。Klein等推测这可能是由于孔中LSP共振所引起的。类似的现象在椭圆形孔阵列的实验中也观测到,而相关的数值模拟计算也给出了与实验相吻合的结果[21～23]。Ebessen等则通过固定小孔的形状和尺寸(即固定LSP的频率)而改变孔的周期,讨论了LSP和SPP之间的相互作用对透射谱的影响,强调了SPP的主导作用,指出只有两者在能量上比较靠近时才有利于透射,远离时两者的强度都会减弱。这一特点在准周期的结构中也得到了实验上的证实[24]。在准周期结构中要产生较高的透过率,SPP共振模需要处于小孔连续谱带宽范围之内。最近研究通过引入环形孔阵列,研究了单孔LSP和SPP相互之间干涉对EOT的影响。由于一般情况下单孔LSP带宽远大于SPP的带宽,他们通过详细的实验和理论分析,证实当SPP的频率高于LSP中心频率时,两者产生相消干涉并产生透射极小,而当SPP的频率低于LSP的中心频率时两者会发生相涨的干涉使得透射产生极大[26-28]。
截止目前，人们对EOT的研究还仅限于单孔阵列，而对于双孔二聚体的研究还没有涉及，而双孔二聚体的孔间距对其EOT的影响非常令人感兴趣，所以，我们希望研究孔间距对双孔二聚体的EOT的影响。
参考文献：
[1]Tamaru,H.;Kuwata,H.;Miyazaki,H.T.;Miyano,K.Appl.Phys.Lett.2002,80,1826.
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