强耦合区杂化等离激元系统的等离激元诱导相干、激子诱导透明与 Fano 干涉

我们提出一个解析模型，描述金属-介电结构中与局域表面等离激元共振耦合的发射体 ensemble 向强耦合区的转变。杂化系统对外场的响应由涉及与等离激元模式相互作用的发射体集体态的两种不同机制决定。其一是亮集体态与等离激元模式间的近场耦合，它支撑系统组分间的能量交换，并在弱耦合区的散射谱中产生激子诱导透明极小，在系统转变至强耦合区时出现极化激元能带。第二机制是杂化系统与辐射场相互作用时，等离激元偶极矩与亮集体态的等离激元诱导偶极矩间的 Fano 干涉。后一机制在特征尺寸低于衍射极限的系统中因等离激元诱导相干而大大增强，因为构成集体态的各个发射体由同一交变等离激元近场驱动从而同相振荡。这一协同效应导致 Fano 不对称参数与 Fano 函数振幅随 ensemble 尺寸缩放，因而强烈影响大 ensemble 的散射谱形状。具体而言，随发射体数目增加，Fano 干涉导致谱权重向低能极化激元能带偏移。