了众多科学家关注的焦点。与自然界中的大多数材料不同，超颖材料的性能并不由其组成周期性纳米天线异常反射特性研究#李占成1,2，陈树琪1,2，刘文玮1,2，程化1,2，田建国1,2**（1.南开大学物理科学学院，天津300071；51015202530352.南开大学泰达应用物理研究院，天津300457）摘要：本文应用时域限差分法（FDTD）模拟了平面波和周期性纳米天线的相互作用，分析了周期性纳米天线中表面等离子激元(SPP)的基本特征，给出了激发SPP时其表面电流密度和磁场的分布，利用驻波模型对周期性纳米天线中SPP的激发进行了解释。对周期性纳米天线中由SPP激发产生的异常反射现象进行了研究，给出了平面波垂直入射下反射谱随结构参数的变化规律，证明了通过合理的设计周期性纳米天线的几何参数，可以实现对异常反射现象的调控。最后，提出了一种偏振无关的反射式光传感器的设计。关键词：表面等离子激元;纳米天线;时域有限差分法中图分类号：O433.3StudyontheextraordinaryopticalreflectionoftheperiodicnanoantennaLIZhancheng1,2,ChenShuqi1,2,LiuWenwei1,2,ChengHua1,2,TianJianguo1,2(1.SchoolofPhysics,NankaiUniversity,Tianjin300071;2.TEDAAppliedPhysicalInstitute,Tianjin300457)Abstract:Theinteractionbetweentheincidentplanewaveandtheperiodicnanoantennasisstudiedbyfinite-differencetime-domainmethod.Weanalyzethecharacteristicsofthesurfaceplasmon(SPP),thesurfacecurrentintensityandthemagneticfielddistributionintheperiodicnanoantennas.Meanwhile,theexcitationoftheSPPisexplainedbystandingwavemode.Furthermore,theextraordinaryopticalreflectionintheperiodicnanoantennasisalsoinvestigatedbythereflectionspectra.Resultsshowthatthecharacteristicsoftheextraordinaryopticalreflectioncanbetunedbydesigningreasonablegeometricparametersoftheperiodicnanoantennas.Finally,wepresentapolarization-insensitiveopticalsensorbasedontheextraordinaryopticalreflection.Keywords:surfaceplasmon;nanoantenna;finite-differencetime-domainmethod0引言超颖材料（Metamaterials）作为一种人工设计和制造的新型材料在过去的十几年中成为[1]元素或者原子决定，而取决于超颖材料内部特殊的单元结构。形象地说，当超颖材料作为一种有效的介质的时候，其周期结构的单元结构的尺寸比入射的光波要小的多，这个时候超颖材料内部的特殊单元结构起着自然界中组成材料的分子和原子的作用，当与入射的电磁波相互作用时，超颖材料能够展现出自然界中现有材料所不具备的令人惊奇的性质，比如负折射现象，完美吸收效应，电磁诱导透明效应等[2-5]。近年来，基于金属和电介质界面的表面等离子激元（SurfacePlasmonPolaritons,SPP）机制的亚波长表面等离子激元学已经发展成为超颖材料的一个重要分支[6]。最近与SPP有关的研究取得了众多令人鼓舞的新进展，涉及宽带完美吸收，表面等离子激元诱导透明，局域基金项目：高等学校博士学科专项科研基金资助课题(Nos.20100031120005和20120031120032)作者简介：李占成(1990-)，男，南开大学物理科学学院博士研究生，主要研究基于超颖材料的光场调控通信联系人：陈树琪（1979-），男，副教授，主要研究方向：表面等离激元光学、超材料、表面增强拉曼散射、非线性光学等.schen@nankai.edu.cn-1-模型来描述：等离子激元频率pl2(2.17510)s−1和阻尼频率c2(6.510)s−1[5]。在4045505560电场增强以及其他一些应用技术[7-9]。基于SPP的超颖材料器件被视为实现集成光学小型化、高度集成化和电光一体化的潜在载体。SPP的激发和传导不仅和表面结构的形状、尺寸、周围介质的介电常数有关，而且和入射光的波长、入射角有关[10]。周期性纳米天线是超颖材料中激发SPP的典型结构，在理解SPP并运用SPP设计功能超颖材料器件方面具有重要意义，对此人们在理论上和实验上进行了广泛的研究[11-14]。此外金属表面SPP的共振导致了周期性纳米天线对特定波长入射光的异常反射现象（ExtraordinaryOpticalReflection），这一特性在研究S...