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文檔簡介
1、表面等離子體激元是外部電磁場與金屬(或金屬化合物)中自由電子的集體振蕩相互耦合產(chǎn)生的沿金屬/電介質(zhì)界面?zhèn)鞑サ碾姶挪?。在垂直于金?電介質(zhì)界面方向,表面等離子體激元具有隨著離開界面距離呈指數(shù)衰減的隱失場,因而能夠突破傳統(tǒng)光學的半波長衍射極限,在化學生物傳感、表面增強拉曼散射、亞波長孔透射增強、納米光刻與光存儲等領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注與應用,也為未來實現(xiàn)全光微納集成回路提供了可能。
本文的研究以納米尺度“天線-小孔”和“增益介質(zhì)-金
2、屬核殼二聚體”結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),旨在深入理解金屬納米結(jié)構(gòu)中表面等離子體激元的性質(zhì)和作用,為這幾種結(jié)構(gòu)在納米光刻、納米光子學器件及表面增強拉曼散射中的應用研究提供理論基礎(chǔ)。
本論文主要分為六個部分。
在第一章,首先闡述了表面等離子體激元突破光學衍射極限的物理原理,介紹了等離子體激元學的基本概念、發(fā)展歷程及應用領(lǐng)域,并提出本論文的研究目的和主要工作內(nèi)容。
第二章系統(tǒng)地介紹了本論文所采用的時域有限差分方法,包括時域有限
3、差分方法的物理思想、差分格式、數(shù)值穩(wěn)定性條件、平面波源設(shè)置、吸收邊界設(shè)置以及誤差分析。并給出了時域有限差分方法中金屬Drude模型的參數(shù)設(shè)置。
在第三章里,研究了納米天線-電介質(zhì)層-狹縫系統(tǒng)中兩個相互垂直的類法布里-珀羅共振之間的作用以及他們對透射的影響;證明了從可見光到近紅外區(qū),對不同狹縫結(jié)構(gòu)參數(shù)及電介質(zhì)層厚度,納米天線對狹縫的透射增強作用具有普遍性;并利用金屬-電介質(zhì)-金屬理論推導的表面等離子體極化激元波長的色散關(guān)系驗證了
4、數(shù)值計算結(jié)果,說明用金屬-電介質(zhì)-金屬腔理論可以近似地描述天線-電介質(zhì)層-狹縫結(jié)構(gòu)的透射過程。
在第四章,研究了蝴蝶結(jié)孔的透射過程及納米天線對蝴蝶結(jié)孔透射過程的影響。結(jié)果表明:蝴蝶結(jié)孔的局域表面等離子激元共振峰對納米孔結(jié)構(gòu)的局部幾何參數(shù)(如蝴蝶結(jié)孔的張角、間隙尺寸)較敏感,而受輪廓尺寸影響不大。另外,不同縱向?qū)挾鹊奶炀€對蝴蝶結(jié)孔的透射具有開關(guān)效應。通過與納米天線對矩形孔的透射影響的對比,揭示了透射增強現(xiàn)象對應于天線-電介質(zhì)層-
5、金屬腔內(nèi)的類法布里-珀羅共振,透射截止現(xiàn)象是由于衍射極限效應的限制。這一研究對納米光刻應用和納米光子學器件設(shè)計具有重要的意義。
在第五章,研究了增益介質(zhì)對納米核殼粒子二聚體的電場能量和粒子間相互作用的影響。結(jié)果表明:由于核區(qū)增益介質(zhì)對金屬殼的局域表面等離子體激元具有補償增益作用,因而導致納米核殼粒子二聚體間隙的電場能量增強。并且消光系數(shù)κ越小,電場能量增強越高。另外當兩粒子間距較小時,增益介質(zhì)對兩核殼粒子間耦合作用的增強較明顯
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