Необыкновенная оптическая передача

Интерференционная картина двойных щелей, ширина щели составляет треть длины волны.

Необычайное оптическое пропускание ( ЭОТ ) — это явление значительно усиленного пропускания света через субволновую апертуру в непрозрачной металлической пленке, имеющей регулярно повторяющуюся периодическую структуру. Обычно, когда свет определенной длины волны падает на субволновую апертуру, он дифрагирует изотропно равномерно во всех направлениях с минимальным в дальней зоне пропусканием . Это понимание классической теории апертуры, описанной Бете . Однако в EOT регулярно повторяющаяся структура обеспечивает гораздо более высокую эффективность передачи, на несколько порядков большую, чем предсказывает классическая теория апертуры. Впервые он был описан в 1998 году.

Это явление, которое было полностью проанализировано с помощью модели микроскопического рассеяния, частично объясняется наличием поверхностных плазмонных резонансов. и конструктивное вмешательство . Поверхностный плазмон (ПП) представляет собой коллективное возбуждение электронов на стыке проводника и изолятора и является одним из серии взаимодействий между светом и металлической поверхностью, называемых плазмоникой .

В настоящее время имеются экспериментальные доказательства ЭОТ за пределами оптического диапазона. Аналитические подходы также прогнозируют EOT на перфорированных пластинах с моделью идеального проводника . Дыры могут в некоторой степени имитировать плазмоны в других областях электромагнитного спектра , где они не существуют. Тогда плазмонный вклад является весьма специфической особенностью резонанса ЭОТ и не должен рассматриваться как основной вклад в явление. Более поздние работы показали сильный вклад перекрывающихся затухающих волновых связей . что объясняет, почему поверхностный плазмонный резонанс усиливает эффект ЭОТ на обеих сторонах металлической пленки на оптических частотах, но учитывает передачу в терагерцовом диапазоне.

Были разработаны простые аналитические объяснения этого явления, подчеркивающие сходство между массивами частиц и массивами дырок и устанавливающие, что в этом явлении преобладает дифракция .

Приложения

Ожидается, что EOT сыграет важную роль в создании компонентов эффективных фотонных интегральных схем (PIC). Фотонные интегральные схемы аналогичны электронным схемам, но основаны на фотонах, а не на электронах.

Одним из наиболее новаторских результатов, связанных с EOT, является возможность реализовать левосторонний метаматериал (LHM) путем простого объединения массивов отверстий.

Химическое и биологическое зондирование на основе EOT (например, улучшение обнаружения антител на основе ELISA) является еще одной важной областью исследований. Как и в традиционном датчике поверхностного плазмонного резонанса , эффективность EOT зависит от длины волны падающего света и значения составляющей волнового вектора в плоскости. Это можно использовать как средство преобразования событий химического связывания путем измерения изменения локальной диэлектрической проницаемости (из-за связывания целевых веществ) как сдвига спектрального положения и/или интенсивности пика EOT. Изменение геометрии отверстия изменяет спектральное положение пика EOT так, что события химического связывания можно оптически обнаружить на желаемой длине волны. Датчики на основе EOT предлагают одно ключевое преимущество перед химическим датчиком SPR типа Кречмана: он по своей сути является устройством масштаба нанометр-микрометр; поэтому он особенно поддается миниатюризации.