微带线激发的波纹环结构中的欺骗局部表面等离子体激元

微带线激发的波纹环结构中的欺骗局部表面等离子体激元（spoof localized surface plasmons, spoof LSPs）是近年来在纳米光子学和等离子体物理领域中备受关注的物理现象。这项研究由上海大学特种光纤与光接入网络重点实验室的Bao Jia Yang、Yong Jin Zhou和Qian Xun Xiao完成，并于2015年发表。该研究探讨了在带有或不带接地平面的薄介质基板上印刷的波纹环谐振器中的基础和高级spoof LSPs模式，提出了一种有效且易于集成的方法，该方法用于在纹理环谐振器中激发spoof LSPs，以抑制不希望的高阶模式并增强基础模式。同时，研究者还设计并数值演示了一个多频带通滤波器，并在微波频率下进行了实验验证，实验结果与仿真结果高度一致。研究还表明，即使被测材料薄如纸，所制备的装置对材料折射率的变化也很敏感。 局部表面等离子体激元（LSPs）是指在金属表面或纳米结构中由于光与自由电子相互作用而产生的局域表面等离子体振动模式。在特定条件下，这些振动模式能集中电磁场于纳米尺度上，这一特性为增强局部电磁场提供了可能性，为纳米光学和光子学中的应用，如表面增强拉曼散射（Surface-enhanced Raman scattering，SERS）和纳米光学传感器等提供了基础。 在该研究中，设计的波纹环结构能有效地激发spoof LSPs，这种局部表面等离子体激元的特点是它们可以被微带线等微波器件所激发。由于spoof LSPs与真实的表面等离子体激元（如金属纳米粒子表面的激元）在概念和性质上有着类似的特征，但它们通常发生在远低于传统等离子体频率的电磁频谱区域，并且在人工介质结构中实现。这使得spoof LSPs在通信、传感和成像等实际应用中更具优势，因为它们避免了在可见光或紫外光波段工作时的技术难题和物理限制。 研究中的多频带通滤波器是基于这些spoof LSPs模式，该滤波器利用不同模式的 spoof LSPs 在特定频率下共振的特点，允许特定频段的电磁波通过，同时阻隔其他频段的信号。这种滤波器的设计对于多频段通信系统和先进的信号处理设备具有重要的实用价值。 此外，研究者提到，该设备对材料折射率变化的敏感性意味着它可以用作折射率传感器。在传感应用中，通过监测spoof LSPs共振条件的微小变化，可以实现对周围介质折射率变化的高灵敏度检测。这对于生物传感器和化学传感器的发展具有重要意义，例如，可以用来检测生物标志物的存在，或者监测环境中的化学污染物。 文章中所涉及的OCIS代码（Optics Classification and Indexing Scheme）包括：(250.5403) 等离子体学、(160.3918) 超材料和(240.6680) 表面等离子体。这些代码的引入说明了该研究主题的跨学科特性，融合了光学、材料科学和纳米技术等领域。 参考文献中提到了众多关于表面等离子体和纳米光子学的前沿研究，包括金属纳米天线、等离子体激光天线、表面等离子体共振增强拉曼散射效应、以及电磁感应透明现象的纳米材料模拟等。这些研究为微带线激发的波纹环结构中的欺骗局部表面等离子体激元的研究提供了理论和技术基础。 该研究不仅为深入理解波纹环结构中的spoof LSPs提供了新的视角，而且在传感器设计、多频通信系统以及纳米光子学技术领域中展示了其潜在的应用价值。通过微带线激发的波纹环结构，可以有效地操控和利用 spoof LSPs，为未来的光学设备和传感器设计开辟了新的路径。