研究目的
研究锥角对太赫兹金纳米腔近场增强和质量因子的影响。
研究成果
研究表明，最佳锥角能显著提升太赫兹纳米天线近场强度与品质因数，为设计局域场增强提供了一种简便方法。
研究不足
该研究仅限于金纳米腔和特定尺寸的纳米天线阵列。实验验证基于纳米天线阵列，可能无法完全反映单个纳米天线的行为。
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[2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 德国慕尼黑（2019.6.23-2019.6.27）] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 太赫兹金纳米腔近场增强优化的天线锥度策略
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[2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 德国慕尼黑（2019.6.23-2019.6.27）] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 太赫兹金纳米腔近场增强优化的天线锥度策略
DOI：10.1109/cleoe-eqec.2019.8871800
出版年份：2019
更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要：
近年来，等离子体纳米天线（NAs）因其能在亚波长尺度约束光的能力而备受关注。近期，这一特性被应用于太赫兹（THz）频段（0.1-10 THz）以实现增强传感与光谱分析，以及更基础的研究。这些应用通常需要高局域电场——通过将THz辐射汇聚至天线末端极小亚波长体积内即可实现。然而传统棒状THz NAs的共振品质因数较低，严重限制了可实现的近场增强值。与红外领域的普遍认知不同，我们证明：通过引入最优锥度角，可获得比标准（线状）偶极THz NAs更高品质因数及至少两倍的局域近场增强。为评估锥度角对天线性能的影响，首先建立了简化的准解析模型：将每个NA视为由半径递增的金圆柱体构成的截头圆锥，使沿NA传播的表面模式有效折射率沿主轴渐变。获取两端表面模式的反射系数后，NA可视为法布里-珀罗谐振器并解析计算其共振特性。该模型揭示了大锥度角（导致大端低反射系数）与小锥度（受表面模式高传播损耗影响）之间的权衡关系，从而确定最优锥度角。随后采用基于有限元法的COMSOL Multiphysics仿真验证该预测。设计制备了60纳米厚金锥形NA二聚体（臂长45微米以在1 THz附近共振，相对尖端间距30纳米、尖端宽100纳米的蝶形结构），通过改变0°至10°锥度角α数值模拟间隙近场增强。发现平面金NA二聚体的近场强度随锥度角增大而提升，在α=3.4°时达到峰值。为实验验证，采用电子束光刻在高阻硅衬底制备金锥形NA二聚体阵列，THz时域（远?。┕馄淄干洳馐韵允居呕缎谓峁谷肥堤嵘斯舱衿分室蚴?。结论表明：我们提出了一种有效且简便的方法来进一步提升和调控THz NAs的局域场增强效应。
作者：
V. Aglieri，X. Jin，A. Rovere，R. Piccoli，R. Morandotti，R. Macaluso，A. Toma，L. Razzari
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