表面等離激元

當光波（電磁波）入射到金屬與電介質分界面時，金屬表面的自由電子發生集體振蕩，電磁波與金屬表面自由電子耦合而形成的一種沿著金屬表面傳播的近場電磁波，如果電子的振蕩頻率與入射光波的頻率一致就會產生共振，在共振狀態下電磁場的能量被有效地轉變為金屬表面自由電子的集體振動能，這時就形成的一種特殊的電磁模式：電磁場被局限在金屬表面很小的範圍內併發生增強，這種現象就被稱為表面等離激元現象。

隨著表面等離激元理論研究的深入以及各種結構的器件的成功製作，其在光學各領域應用具有巨大的潛力，尤其在解決了一些以往光學長期不能解決的問題，其中包括金屬亞波長結構的增透效應在超解析度納米光刻、高密度數據存儲、近場光學等領域的應用。

表面等離激元在光刻中的應用

在光刻技術中，由於存在衍射極限，無法用普通的掩模在可見光波段曝光得到小的結構，在實際工藝中，為了克服衍射極限，一般採用移相掩模技術、離軸照明術、鄰近效應矯正等技術。但實現的工藝都比較複雜。支持SPPs的金屬掩模就可很容易的克服衍射極限，達到亞波長解析度。

遠場光學透鏡成像

當倏逝波通過一個特製的金屬層時，由於亞波長結構的表面等離子的耦合共振激發，將在後面繼續傳播下去。再通過探測器探測，獲得被觀測物的細節信息。這種方法提高了點對點成像技術。但這不是一個嚴格意義上的遠場成像系統，因為亞波長的金屬層仍然需處在被觀測物體的近場範圍內。

負折射及成像器件

利用銀膜可以實現負折射，並進一步實現成像，其中特點有:

（1）負折射率材料與周圍介質折射率匹配，表面沒有反射;

（2）物像之間的距離是透鏡厚度的兩倍;

（3）透鏡沒有光軸，為平板成像;

（4）突破衍射極限，實現超分辨成像。

表面等離激元是外界光場與金屬中自由電子相互作用的電磁模，在這種相互作用下外界光場被集體振蕩的電子俘獲，構成了具有獨特性質的SPPs。在平坦的金屬/介質界面，SPPs沿著表面傳播，由於金屬中歐姆熱效應，它們將逐漸耗盡能量，只能傳播到有限的距離，大約是納米或微米數量級。只有當結構尺寸可以與SPPs傳播距離相比擬時，SPPs特性和效應才會顯露出來。隨著工藝技術的不斷進步，現今已經可以製作特徵尺寸為微米和納米級的電子元件和迴路，在這個領域的研究也迅速開展起來。

表面等離激元主要具有如下的的基本性質:

1. 在垂直於界面的方向場強呈指數衰減;

2. 能夠突破衍射極限;

3. 具有很強的局域場增強效應;

4.只能發生在介電參數(實部)符號相反(即金屬和介質)的界面兩側。

在現代信息技術飛速發展的今天，對於器件微型化和高度集成化的要求越來越高，怎樣在納米尺寸的層面上實現信息傳輸處理成為科學研究的一個重要課題。表面等離激元能夠突破衍射極限，並具有很強的局域場增強特點，可以實現納米尺度的光信息傳輸與處理。另外表面等離激元的獨特特性，使得它在高靈敏生物檢測、感測和新型光源等領域獲得了廣泛的應用。