參考文獻《Investigation of surface plasmon resonance phenomena by finiteelement analysis and Fresnel calculation》

Investigation of surface plasmon resonance phenomena by finiteelement analysis and Fresnel calculation.pdf

之前說到過LSPR有個兄弟叫spp，但是spp方面的文章比較少，今天正好看到一篇，順手就給重復出來了。

下面是論文結果VS 我的結果 。

這篇文章我查了下，14年發的，發在了一區影響因子7.46的《Sensors and Actuators B: Chemical》。本文說明了一件什么事呢？就是作者做了關于spp的實驗，然后用仿真軟件comsol和winspall去仿真實驗，發現comsol與實驗較吻合，而winspall與實驗結果差的比較多，所以說明comsol更優秀。

下面介紹下spp是什么？spp全稱是surface plasmon polarition（表面等離激元，文中叫SPR-surface plasmon resonance），但是為了將其與局域表面等離子體共振LSPR（localized surface plasmon resonance），我個人喜歡將spp稱作 傳播型 表面等離子體共振。為什么要加傳播型？看下圖

下方灰色的是棱鏡，棱鏡上面是一層50nm的金膜（中間是有金膜的，但為了更好展示spp波，沒有畫出中間的金膜），金膜上方是水（水未畫出），一束傾斜入射的光源從棱鏡中照射到金膜上，在金膜與水的分界面上激發出spp波，可以看到金膜上面的spp波在y軸方向上很快衰減掉，在x方向上會傳播 (注意我覺得傳播型表面等離子體共振體現在這了) 一段距離，隨著傳播距離增加也會逐漸衰減掉（因為金是有損耗介質）。

主要注意的是入射的光應該是TM波，即E僅在x,y方向有分量，H僅在z方向有分量，如果是TE波（Hx,Hy,Ez）就不能激發出spp波。為什么會這樣呢？一方面可以從數學公式推導給出解釋（https://www.bilibili.com/video/BV1bE41177DX?p=34  ），另外一方面可以定性的解釋如下（注意下面的定性解釋是我經過思考悟出來的，不是別人告訴我的，所以正不正確見仁見智）：由于金膜中有大量的可自由移動的電子（也就是固體物理中的金屬的電子海洋），它的運動方向與光的偏振方向相反（可以把光的瞬時偏振看成電磁學中的靜電場，電子在靜電場中的運動趨勢是從電勢低處跑向電勢高處）。當TM波入射時，它在y,x兩個方向有電場分量，會促使電子沿著y，x兩個方向跑，對于x方向，是金，電子容易跑起來，對于y方向，電子要從金跑到水中，那么就沒那么容易了（我是把這種現象類比為半導體中異質結，能壘，逸出功），既然電子跑不到水中去，但是y方向的電場分量又要推著電子往y方向跑，那么電子怎么辦呢？只能大量擁擠在金膜靠近水的表面上，而電子是自己就能產生場強的，這么多電子擁擠在上表面，勢必會導致上表面的電場強度增大，所以在上面上會有場增強出現。如果是入射TE波，僅在z軸有電場推動電子流動，在y軸方向沒有電場推動電子從金膜到水中，也就沒有電子聚集產生場增強，也就沒有spp波了。如下

最后，關于為什么我喜歡叫spp，而文中叫spr？這只是翻譯問題，不糾結，就像茴香豆的茴有幾種寫法。