SiC薄膜的共振红外传输外文翻译资料

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SiC薄膜的共振红外传输

摘要：当周期阵列被钻孔时，观察到金属膜的共振透射。这种现象归因于表面等离子体激元。我们研究了一个类似的系统由一个狭缝阵列在SiC膜支撑表面声子极化子。我们发现了红外的共振传输，分析了表面波的作用。我们发现表面波在共振时被激发，但不是获得共振透射的必要条件。

正文：在y周期性孔阵列的金属薄膜中，最近证实了共振透射鉴于传输增强明显是完整结构的共振行为。有趣的是，在两个界面共振激发的表面波之间进行耦合分析。最近，表面等离子体激元在这一现象中的作用受到质疑，因为与电激发有关的大的损失。大量的工作一直致力于分析一个狭缝系统，它捕捉三维问题的许多方面，除了在狭缝传播模式中没有截止频率。本文的目的是表明在离子晶体中支持红外表面的声子极化子可以观察到增强的透射现象，更具体地说，我们研究了在中红外SiC薄膜中通过狭缝阵列的透射。

事实上，一些作者已经表明，与表面等离子体激元有关的许多现象可以通过表面声子极化子获得。在文章中，我们报告使用严格耦合波分析算法计算。我们认为一个独立的SiC薄膜在空气中。该膜的特征在于其周期Lambda;、填充因子F和厚度H。光栅在正入射时被照明。用简单的洛仑兹模型描述了碳化硅的介电常数。它的实部在从10.6mu;m到12.6mu;m的范围内低于-1，因此电磁表面波可以在空气和SiC之间的平面界面上传播我们在图1中绘制了具有以下特性的光栅的透射光谱：Lambda; =6mu;m，F =90%，和h =3.15mu;m。我们观察到在lambda;=12毫米附近的透射峰,没有狭缝出现。我们还观察到，这个峰值与反射率的吸收峰和零点一致。在该波长下，狭缝的宽度为lambda;/20，透射系数约为0.7。这一结果类似于Baida和Van Labeke的一维层状银光栅的计算。当光栅厚度为lambda;=12mu;m时，我们有观察到峰出现周期性。这是典型的Fabry Perot型行为。为了验证这一机制，我们计算了结构中的电场的平方模量的分布，其厚度为H＝3.15mu;m和H＝15mu;m，对应于在12mu;m的传输峰（图2）。在这两种情况下，在狭缝中都有驻波，指示狭缝中的模式的振动。此外，我们还看到沿x轴的固定波，其指数衰减远离界面。我们还观察到入射波和反射波在半空间Z＜0之间的干涉。为了进一步分析图2，我们在图3中绘制了在横坐标x＝2.61mu;m和厚度H＝3.15mu;m时的电场平方模的Z轴的强度，其强度为12mu;m。可以看出，在界面附近，强度从光栅指数地衰减，比入射辐射的平均强度大2个数量级。

这种大的增强表明表面波沿界面激发。换句话说，图1中透射光谱所示的整个结构的明显共振出现在图2和3中，作为沿表面共振的表面模式之间的共振耦合，所述表面由共振激发的狭缝的模式介导。许多作者已经提出过这种机制。为了进一步检查这一机制并分析表面波的作用，我们在图4中绘制了第十一个REF幅值和第十一个透射衍射级与波长的关系图这两个顺序是倏逝波，因为光栅的周期比波长低。对于lambda;= 10.6毫米，你可以看到一个窄峰。它对应的条件= -1，表示色散关系的渐近线的位置。在这个频率上，色散关系是平坦的，因此任何波矢量都可以被激发。无论入射角如何，这个峰值都必须出现在这个固定的频率上。在周期性孔的金属薄膜和光栅的吸收共振实验中也观察到了这一现象。这个峰值当然是表面波的特征。另一个高峰出现在lambda;= 12mu;m。注意共振曲线与传输曲线的相似性。这是表面波在传输现象中起重要作用的另一个迹象。传输机制的简单图示如下：光栅将入射波与两个反向传播的表面声子极化子耦合，产生在缝隙上方具有最大强度的驻波。每个接口上的电磁场耦合到由狭缝形成的腔中的传播TEM模式。界面Z＝3.15mu;m上的表面波与光栅周期性的耦合，在法线方向上产生传播波，产生共振透射。一个更详细的讨论耦合的确切性质还有待完成。

到目前为止，我们已经证明，基本上相同的现象可以观察到表面声子极化子和表面等离子体激元。我们已经表明，表面波在共振传输中共振激发。现在我们讨论的问题是表面波的激发是否是共振传输存在的必要条件。有人认为，传输本质上是整个结构的共振行为，并且由于损耗，等离子体的存在对传输有负面影响。为了说明这一点，我们考虑一个虚构的材料X，具有正实部分的介电常数，使得它不能支持表面波。我们选择具有与SiC折射率相同的虚部的材料，以便传播波的衰减是相同的。此外，我们选择指数的实部，使得平面气液界面的反射率与空气-碳化硅界面的反射率相同。换句话说，这种材料在界面上具有相同的阻抗，并且通过介质的传播具有相同的损耗。图5（a）示出了与图2（b）相同的光栅特性的零级透射光谱。从图5（a）可以看出，透射峰出现在11mu;m，透射系数为0.1。图5（b）显示在该波长处的电场强度的近场。我们检索了类似于图2（b）的模式结构。然而，我们可以看到沿着平行于Z轴的切割（这里未示出）的消失顺序的强度比SiC的情况低1或2个数量级。这个例子表明，在不激发表面声子极化子的情况下，薄膜的透射可以被共振增强。然而，如果该系统支持表面波，则证明它们是如上所述和参考文献5—10和13—18所激发的。从微观的角度来看，这仅仅意味着系统（声子或等离子体子）的集体模式被激发。最后，我们已经表明，在具有周期性狭缝阵列的离子晶体膜上观察到共振透射。由于狭缝中存在模式，共振与Fabry Perot型共振重合。我们还表明，当观察到传输峰时，表面波SiC上共振激发。这支持共振激发的表面波通过狭缝中的共振引导模式耦合的机制。然而，我们已经展示了一个反例，即表面波的存在不是场增强存在的必要条件。

图一

在正常入射，周期Lambda;＝6mu;m，填充因子F＝0.9，厚度h＝3.15mu;m的狭缝的SiC光栅的零级传输和吸收光谱。此外，我们还展示了厚度相同的碳化硅薄膜的透射特性。

图二

图2。在正入射、周期＝6mu;m、填充因子f＝0.9、（a）h＝3.15mu;m、（b）h＝15mu;m的SiC光栅的对数尺度附近电场强度的近场。

波长为12mu;m，虚线为图3的x＝2.61mu;m的切割位置。

图三

图3。在坐标x＝2.61mu;m处，沿电场强度Z轴方向为12mu;m，实际上是由入射强度归一化的相对强度。

图四

图4。在正常入射下，入射波长为6mu;m，填充因子F＝0.9，厚度H＝3.15mu;m的SiC光栅的波长为第一，倏逝波反射和透射阶次大于波长。

图五

图5。（a）零级透射光谱和（b）在一个虚拟材料的光栅的对数尺度上的电场强度的近场，周期为6mu;m，填充因子F＝0.9，厚度H＝15mu;m。该材料的折射率为n＝81.68plusmn;1.95。此外，我们展示了（a）具有相同厚度的SiC膜的透射。

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