fano共振介紹

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，發(fā)現(xiàn)其吸收線型是非對稱的。 1961年，通過量子力學系統(tǒng)中的理論描述了這種非對稱線型的共振。3、在平面超材料中最先發(fā)現(xiàn)fano共振的是非對稱結(jié)構(gòu)Dakun LaiCourse for Graduate StudentUESTC二、二、Principle2.1、Fano共振共振來源于系統(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，當兩個模態(tài)的強度相差不大的時候，它們之間的耦合最強，這時的非對稱參數(shù)q 和1同一個量級。Dakun LaiCourse for Graduate StudentUESTCq=0，無窮：洛倫茨線型的譜線。q=1，非對稱的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)用于單個孤立的共振，多個共振存在將會改變曲線的形狀；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驗：1、Wood 異常是光學領(lǐng)域首次在實驗上觀察到的非對稱線形2、光子晶體、光子晶體板、弱耗散小球、非同心腔球、多顆粒團簇、周期性金屬結(jié)構(gòu)、非對稱開口環(huán)等結(jié)構(gòu)Dakun LaiCourse for Graduate StudentUESTCTHZ2.3、fano共振其實是多通道量子虧損的一種現(xiàn)象。共振其實是多通道量子虧損的一種現(xiàn)象。人們在在研究物質(zhì)對波的散射影響時發(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?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?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）納米團簇結(jié)構(gòu)的）納米團簇結(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：1、 2、（5）等Dakun LaiCourse for Graduate StudentUESTC3.2 超材料超材料只有在一個很窄的頻率范圍內(nèi)，才會建立

6、反對稱的電流并激發(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與一個寬化的多的，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電場的偏振方向垂直還是平行，都能激發(fā)超材料多個諧振模式Dakun LaiCourse for Graduate StudentUESTC垂直入射時，TE和TM只能激發(fā)一個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之間激勵出另一個諧振TE波則可以激勵出較為明顯的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： 隨著角度增大： 50度時：諧振頻率紅移達21%，通帶最大。實現(xiàn)了fano共振開關(guān)過程。Dakun LaiCourse for Graduate StudentUESTC平面超材料對平面超材料對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波無磁場分量穿過SSR表面，電場分量不能有效激發(fā)結(jié)構(gòu)的束縛模諧振TE波磁場可穿過SSR表面，且角度的增大會導致更強的磁場穿過表面。由于入射波磁場分量在z方向的作用，整個系統(tǒng)的對稱性已破壞，因而，超材料對TE波入射響應(yīng)更加劇烈。垂直入射的電磁波，僅能激發(fā)