本文從表面等離子體光子學的歷史出發，探索電磁波與次波長（Subwavelength）金屬結構間交互作用而產生的奇異光學特性，并就部分應用進行概述。大家在相關論文寫作時，可以參考這篇題目為“表面等離子體光子學的歷史與使用領域”的物理史論文。

原標題：表面等離子體光子學的發展與應用

摘要：表面等離子體光子學（Plamonics）因具有高度學術價值及廣泛應用潛能，近年來已成為納米光學（Nanophotonics）主要的研究領域。本文從表面等離子體光子學的歷史出發，探索電磁波與次波長（Subwavelength）金屬結構間交互作用而產生的奇異光學特性，并就部分應用進行概述。

關鍵詞：等離子體；光子學；超穎物質；生物檢測

1表面等離子體光子學的發展

表面等離子體光子學的提出始于20世紀[1]61-63,由等離子體基元（Plasmon）研究而來，為一種存在于金屬內部的自由電子受到外加電磁場作用后做集體振蕩的行為。一般情況下，這種行為可用等離子體模型來描述。由于等離子體的作用與外加極化方向有關，因此其若與具有極化方向的電磁波耦合，則形成等離子體基元（Plasmon Polariton）。此 外，金 屬 電 子 密 度 極 高，可 見 光 頻 段 附 近 以 上 的 電 磁 波 因 屏 蔽 效 應（ShieldingEffect）而無法穿透，形成被局限在表面以縱波形式傳播的非輻射性表面波，因此亦稱其為表面等離子體（Surface Plasmon）。圖1為入射光穿透金屬狹縫后激發表面等離子體共振的示意圖。在金屬表面的電子因為振蕩而具有疏密分布，且向外傳播。

表面等離子體的研究最早可追溯至上世紀，自Wood[2]13-14發現電磁波在刻有光柵（Grating）的金屬表面上會產生異常的反射光譜后，Fano[3]101首次提出此現象與沿著金屬表面傳播的電磁波共振有密切的關系。Hessel和Oliner[4]43也提出相同的觀點。約在此同時，Ritchie[5]40發現當高能電子通過金屬薄膜時有額外的能量損失，認為其與金屬薄膜的界面有關，其后又結合了可見光頻段光柵繞射現象提出了表面等離子體的概念[6]22,同年Kretschmann[7]6及Otto[8]50-51等人借由棱鏡耦合的方式成功地激發了此種非輻射性的表面波。至此，關于表面等離子體現象的描述已逐漸建立。后續一連串的研究又發現[9]11-13刻有納米結構的金屬薄膜，例如周期性的孔洞陣列（Hole Array）或凹槽（Grooves），會使電磁波的穿透特性產生明顯的改變，讓原本不透光的金屬薄膜，在特定波長范圍內有很高的穿透率，一般認為造成這種特殊現象的原因是和入射電磁波與金屬表面等離子體的耦合共振相關聯的。