在這個實驗所量測的是正向入射光打到樣品後的零階穿透率。由於黃金的介 電常數在遠紅外光波段時以 10 微米為例為 -2883+1836，而在更長波長的時候其 絕對值甚至更大，故可以將其視為完美導體，基本上表面電漿的效應幾乎可以忽 略，取而代之的是類表面電漿子 Spoof Surface Plasmon (SSP)，SSP 和 SPP 最 大的不同(圖 4-3a)就是 SSP 在金屬表面水平電場為零只有在孔洞內具有水平電 場，垂直電場則剛好相反只有在金屬表面才有垂直電場。以物理角度來看當光照 射在此週期性結構上時會在孔洞外圍激發出電偶極這點非常類似 SPP。SSP 為
一種完全由結構的幾何形狀及週期決定其色散關係。以無限厚正方形孔洞光柵在 真空介面為例[10]，其色散關係為:
圖 4-3 類表面電漿子示意圖(a)結構圖(b)色散關係[10]
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和表面電荷分佈，當頻率落在 ω+ω−中間就如同在帶隙中穿透率會較低，而在 能帶邊緣的地方因為態密度較高所以穿透率也會提高。所以量得的穿透頻譜在峰 值的地方會出現分裂[23]，然而從實驗中這些對應到 6 THz 到 2 THz 孔洞大小 d=0.6P 濾波器卻觀察不到這個現象。故可以合理的推論在遠紅外線區域，金屬 可以視為完美導體，幾乎沒有表面電漿子的效應存在。
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圖 4-4 短週期遠紅外線類表面電漿濾波器 (a)穿透頻譜(b)歸一化穿透頻譜
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圖 4-5 中週期遠紅外線類表面電漿濾波器 (a)穿透頻譜(b)歸一化穿透頻譜
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圖 4-6 長週期遠紅外線類表面電漿濾波器 (a)穿透頻譜(b 歸一化穿透頻譜
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圖 4-7 無參雜砷化鎵隨波長變化之介電常數 Im[ε ω ] Re[ε ω ]
λ(um)
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(表 4-1)為不同週期的遠紅外線類表面電漿濾波器的(砷化鎵/金屬) SPP (1,0)簡併態穿透峰值及其實驗值，和理論值(4.3 式)及其誤差。可以看出當元 件週期越小時實驗及理論誤差越小，反之隨著週期越大兩者誤差越大。而這其中 有幾個可能造成這些誤差的原因。首先金屬薄膜厚度的影響，當在推導出(4.1) 式時是在金屬層的厚度為無限大的條件下推導出來的。而實際上金屬薄膜只有約 300 奈米厚，但是隨著周期變大，薄膜厚度與週期間的比例變小，所以必須考慮 不同金屬厚度的變化。(圖 4-8)為一固定週期(週期為 45 微米)改變鋁金屬薄膜 的厚度藉以觀察不同厚度的影響。而從(圖 4-8)可以看出金屬厚度不同的確會改 變峰值的位置，這個誤差值占所有誤差中約 20%。而第二種誤差的可能就是光柵 的形狀的差別[9][10]，也就是孔洞形狀所造成的影響這是因為曝光條件的限制，
短週期的正方形孔洞在四個角的地方較為圓滑，而長週期的正方形孔洞四個角則 較接近 90 度。從以上的結果，可以觀察出類表面電漿子的效應可以使得穿透率 大幅增加，特別是當金屬孔洞也就是可以透光的面積只占 36%，但因為這些效應 使得在特定波段歸一化穿透率可以超過 36% 甚至超過 60 %。也因為如此使此結 構可以應用在遠紅外線濾波器上。
表 4-1 遠紅外線類表面電漿子濾波器(砷化鎵/金屬) SSP (1,0)簡併態實驗值及 理論值和兩者誤差。
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圖 4-8 遠紅外線類表面電漿濾波器歸一化穿透頻譜隨著不同金屬厚度的變化
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