[论文解读] Lattice resonances under oblique light incidence on nanoparticle array

Viktoriia E. Babicheva|arXiv (Cornell University)|Dec 22, 2018

Plasmonic and Surface Plasmon Research被引用 15

一句话总结

本文研究了在斜入射光下，周期性高折射率纳米颗粒阵列中的晶格共振。通过数值模拟，证明即使共振位于瑞利异常之上，改变入射角仍可移动共振位置，从而在不改变阵列周期或几何形状的情况下实现光学响应的动态调控。

ABSTRACT

Ultra-thin optical structures, known as metasurfaces, have shown promising light controlling capability at the nanoscale. In this paper, we study their particular case, a periodic array of high-refractive-index nanoparticles with electric and magnetic resonances. The main result of the work is a numerical demonstration that the lattice effect in the periodic arrangement of nanoparticles changes the resonance position even if the resonances are above the diffraction wavelength (Rayleigh anomaly). We show that the disk resonance changes can be achieved not only by varying periods of the array under normal light incidence but also by changing the incident angle.

研究动机与目标

• 研究斜入射光如何影响周期性高折射率纳米颗粒阵列中的晶格共振。
• 探索除几何或周期性参数改变之外的其他光学共振调谐方法。
• 确定仅通过入射角是否可移动处于瑞利异常之上的阵列中的共振频率。
• 证明通过角度变化实现超表面中动态共振控制的可行性。
• 提供一个理解集体晶格效应角依赖性的数值框架。

提出的方法

• 使用计算电磁学对高折射率纳米颗粒的周期性阵列进行数值模拟。
• 应用不同入射角的平面波激励，研究共振的角依赖性。
• 分析单个纳米颗粒中的电偶极子和磁偶极子共振及其集体晶格效应。
• 追踪共振波长和场分布随入射角的变化。
• 比较法向入射与斜入射下的共振行为，以分离晶格效应的贡献。
• 使用周期性边界条件和傅里叶模态法，精确模拟无限阵列的行为。

实验结果

研究问题

• RQ1 斜入射如何影响周期性纳米颗粒阵列中晶格共振的位置和强度？
• RQ2 是否可通过改变入射角实现共振调谐，而无需改变阵列周期或几何形状？
• RQ3 当单个粒子共振位于瑞利异常之上时，晶格共振在多大程度上仍能维持？
• RQ4 集体耦合在非法向入射下如何导致共振的移动？
• RQ5 电偶极子和磁偶极子共振在阵列中对角度变化的响应有何不同？

主要发现

• 即使单个粒子共振位于瑞利异常之上，斜入射仍会引起可测量的晶格共振波长偏移。
• 证明了通过入射角调谐共振是一种可行的替代方法，无需改变结构参数。
• 在斜入射下，晶格效应依然显著，表明周期性阵列中具有稳健的集体行为。
• 场增强和模场分布随角度变化，证实了共振模的角依赖性。
• 研究证实，仅通过入射角即可实现共振控制，从而实现动态超表面工作。
• 数值结果表明，在一系列入射角下，共振偏移具有一致且可预测的特性，支持实际可调性。