fano共振介紹分析

1、Dakun LaiCourse for Graduate StudentUESTCFano諧振Dakun LaiCourse for Graduate StudentUESTC一、一、Background1、諧振有洛倫茨和fano型之分2、1935年，fano在研究惰性氣體時(shí)，發(fā)現(xiàn)其吸收線型是非對(duì)稱的。 1961年，通過(guò)量子力學(xué)系統(tǒng)中的理論描述了這種非對(duì)稱線型的共振。3、在平面超材料中最先發(fā)現(xiàn)fano共振的是非對(duì)稱結(jié)構(gòu)Dakun LaiCourse for Graduate StudentUESTC二、二、Principle2.1、Fano共振共振來(lái)源于系統(tǒng)中分立的局域模與連續(xù)的傳播模之間的相

2、互耦合，兩種模態(tài)之間干涉相消形成非對(duì)稱的線形。Dakun LaiCourse for Graduate StudentUESTC2.2、共振散射截面的形狀方程為：、共振散射截面的形狀方程為： q描述線型的非對(duì)稱程度，稱為fano參數(shù)。 約化能量： 。 和 分別表示fano共振峰的位置和線寬。0q=1，當(dāng)兩個(gè)模態(tài)的強(qiáng)度相差不大的時(shí)候，它們之間的耦合最強(qiáng)，這時(shí)的非對(duì)稱參數(shù)q 和1同一個(gè)量級(jí)。Dakun LaiCourse for Graduate StudentUESTCq=0，無(wú)窮：洛倫茨線型的譜線。q=1，非對(duì)稱的fano結(jié)構(gòu)Dakun LaiCourse for Graduate Stude

3、ntUESTC上式 Fano 公式的使用也是有限制條件：第一：只能應(yīng)用于單個(gè)孤立的共振，多個(gè)共振存在將會(huì)改變曲線的形狀；第二：分立譜的譜線寬度必須比連續(xù)譜窄。盡管如此，F(xiàn)ano公式成功地解釋了許多實(shí)驗(yàn)：1、Wood 異常是光學(xué)領(lǐng)域首次在實(shí)驗(yàn)上觀察到的非對(duì)稱線形2、光子晶體、光子晶體板、弱耗散小球、非同心腔球、多顆粒團(tuán)簇、周期性金屬結(jié)構(gòu)、非對(duì)稱開口環(huán)等結(jié)構(gòu)Dakun LaiCourse for Graduate StudentUESTCTHZ2.3、fano共振其實(shí)是多通道量子虧損的一種現(xiàn)象。共振其實(shí)是多通道量子虧損的一種現(xiàn)象。人們?cè)谠谘芯课镔|(zhì)對(duì)波的散射影響時(shí)發(fā)現(xiàn)了它。多通道的量子虧損多通道的量

4、子虧損可以被看做是很多種的函數(shù)波。Fano共振不同于其他共振的特點(diǎn)Dakun LaiCourse for Graduate StudentUESTC4、金屬納米結(jié)構(gòu)、金屬納米結(jié)構(gòu)的共振是起源于亮態(tài)（超輻射態(tài)）表面等離激元和暗態(tài)（亞輻射態(tài)）。 亮態(tài)耦合：亮態(tài)耦合：當(dāng)?shù)入x子體激元可以被入射光直接激發(fā)產(chǎn)生共振。 亮態(tài)譜線較寬的共振態(tài)。如；金屬納米結(jié)構(gòu)的偶極子共振模式。 暗態(tài)耦合：暗態(tài)耦合：當(dāng)?shù)入x子體激元不可以被入射光直接激發(fā)產(chǎn)生共振。 較窄。 如：金屬納米結(jié)構(gòu)中的高階共振模式。 共振在等離子體激元結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生是由于亮態(tài)與暗態(tài)直接耦合的結(jié)果，反應(yīng)在光譜上就是非對(duì)稱的峰值特征線形。 Dakun LaiCo

5、urse for Graduate StudentUESTC三、三、Application3.1、幾種典型的支持、幾種典型的支持fano共振的金屬納米結(jié)構(gòu)共振的金屬納米結(jié)構(gòu)（1）棒狀結(jié)構(gòu)）棒狀結(jié)構(gòu)（2）納米棒二聚體結(jié)構(gòu)）納米棒二聚體結(jié)構(gòu)Dakun LaiCourse for Graduate StudentUESTC（3）納米團(tuán)簇結(jié)構(gòu)的）納米團(tuán)簇結(jié)構(gòu)的fano共振共振這種結(jié)構(gòu)的靈敏感比較高（4）環(huán)盤結(jié)構(gòu)的）環(huán)盤結(jié)構(gòu)的fano共振共振 優(yōu)點(diǎn)：1、 2、（5）等Dakun LaiCourse for Graduate StudentUESTC3.2 超材料超材料只有在一個(gè)很窄的頻率范圍內(nèi)，才會(huì)建立

6、反對(duì)稱的電流并激發(fā)形成一系列的磁偶極振蕩，其方向垂直于超材料平面這種集體的亞輻射模通過(guò)與一個(gè)寬化的多的，同相電流形成的超福射電偶極振蕩模相互作用，而與自由空間發(fā)生弱耦合，生成了典型的fano譜型。Dakun LaiCourse for Graduate StudentUESTC電場(chǎng)的偏振方向垂直還是平行，都能激發(fā)超材料多個(gè)諧振模式Dakun LaiCourse for Graduate StudentUESTC垂直入射時(shí)，TE和TM只能激發(fā)一個(gè)電偶極子隨著入射角增大，超材料被激發(fā)出更多的諧振模式：TM在12-14GHZ之間激勵(lì)出另一個(gè)諧振TE波則可以激勵(lì)出較為明顯的fano諧振平面超材料的TE波波響應(yīng)：在低頻段：在高頻段：0度時(shí)： 隨著角度增大： 50度時(shí)：諧振頻率紅移達(dá)21%，通帶最大。實(shí)現(xiàn)了fano共振開關(guān)過(guò)程。Dakun LaiCourse for Graduate StudentUESTC平面超材料對(duì)平面超材料對(duì)TE和和TM波變現(xiàn)出不同的電磁響應(yīng)：波變現(xiàn)出不同的電磁響應(yīng)：TM波無(wú)磁場(chǎng)分量穿過(guò)SSR表面，電場(chǎng)分量不能有效激發(fā)結(jié)構(gòu)的束縛模諧振TE波磁場(chǎng)可穿過(guò)SSR表面，且角度的增大會(huì)導(dǎo)致更強(qiáng)的磁場(chǎng)穿過(guò)表面。由于入射波磁場(chǎng)分量在z方向的作用，整個(gè)系統(tǒng)的對(duì)稱性已破壞，因而，超材料對(duì)TE波入射響應(yīng)更加劇烈。垂直入射的電磁波，僅能激發(fā)