声学超透射现象仿真分析文献综述
2020-07-01 21:12:24
1987年,S. John和 E. Yablonovitch[1]分别独立提出了光子晶体的概念,这是一种人工设计的折射率周期调制的人工结构材料,有着与自然材料不同的特性。
其中,亚波长金属结构的光学性质一直都是大家研究的热点,并在纳米光刻、光存储、生物化学传感、亚波长成像、半导体发光等诸多领域表现出巨大的应用前景,俨然已成为光学领域一个非常重要的分支。
随后,研究者通过类比光子晶体概念,提出声子晶体这一概念[2-4],这是一种弹性模量和质量密度等参数周期性调制的人工复合结构材料,可以用来操控弹性波传播。
由于声子晶体是弹性模量和密度等参数周期性调制的人工复合结构材料,因此有着与半导体材料类似的能带结构,也存在价带、导带、带隙等能带特征。
弹性波在声子晶体中传播时,受其能带结构的作用,在带隙内被阻止传播,而在通带可以无损耗地传播,因此可以设计不同的能带结构来操控弹性波传播。
在光子晶体和声子晶体的研究过程中,研究者发现在周期阵列中光波和声波存在异常的透射现象。
1998年,Ebbesen等[5]在实验中发现,当光入射到一块刻有二维周期亚波长圆形孔阵列的金属薄膜时,其透射强度要远远超过以前的Behte[6]理论知识所预期的结果。
实验表明,金属银膜的厚度为200 nm,阵列周期为900 nm,圆孔的直径为150 nm时,实验所测得的零阶透射谱在1000-1500 nm这个远大于圆孔直径大小的波长范围内,有两个异常的透射峰,现在人们把这种传统理论难以解释的反常现象被称为光学超透射现象(EOT:Extraordinary Optical Transmission)。
随后这种光学超透射现象被广泛研究和解释了。
最近,一些研究者将异常光学透射的思想和方法移植到声学领域,发现在声学领域里,亚波长狭缝或孔结构中也存在类似的异常声学透射现象(EAT:Extraordinary Acoustic Transmission),并对其物理机制进行了大量的研究,目前比较公认的解释EAT现象的物理机制有:声表面波共振,狭缝或孔内的法布里帕罗共振等[7-9]。