微納金屬結(jié)構(gòu)中的相位共振和Fano共振及相關(guān)現(xiàn)象的研究.pdf

1、表面等離子激元(SPPs)的出現(xiàn)為人們操縱光提供了新途徑。與表面等離激元有關(guān)的研究已經(jīng)取得了許多令人鼓舞的新進展，而且迅速向其它領(lǐng)域交叉滲透，新的研究分支不斷出現(xiàn)。最近在相互作用的等離子系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了亞輻射，超輻射和Fano干涉現(xiàn)象，且發(fā)現(xiàn)Fano共振的相互作用參數(shù)能直接通過改變納米結(jié)構(gòu)的幾何和構(gòu)型來實現(xiàn)。由于它們非對稱的共振譜線形狀，在生物傳感，超材料，光開關(guān)，和非線性光學器件中有著潛在應(yīng)用價值。本論文在現(xiàn)有國內(nèi)外研究基礎(chǔ)之上，運用時域

2、有限差分法(FDTD)研究了多種微納金屬結(jié)構(gòu)的光透射性質(zhì)和等離子共振性質(zhì)，引入了更多的調(diào)控因子，發(fā)現(xiàn)了一些新的物理現(xiàn)象，分析了其中的物理機理，并探討了可能存在的潛在應(yīng)用價值。
　　本論文的研究工作主要包括以下五個部分:
　　1.研究了雙層共軸納米管結(jié)構(gòu)的透射性質(zhì)和等離子共振性質(zhì)。發(fā)現(xiàn)雙層納米管跟單層納米管相比，在短波長區(qū)域出現(xiàn)新的透射帶。通過研究結(jié)構(gòu)和介電參數(shù)對透射率、電場分布和能量分布的影響，發(fā)現(xiàn)單個的雙層共軸納米管的透射

3、譜對內(nèi)、外層納米管的厚度，內(nèi)、外層納米管間距和介電常數(shù)變化非常敏感，特別是靠近帶隙左邊的共振峰。通過對局域電場分布性質(zhì)的研究，發(fā)現(xiàn)局域等離子共振模源于共軸管橫截面的多級等離子極化子的雜化。另外我們還研究了共軸金納米管列和含有點缺陷的共軸納米管列的透射性質(zhì)，通過研究發(fā)現(xiàn)近場光學響應(yīng)，等離子共振峰的強度，位置和線寬都能通過調(diào)節(jié)幾何和介電參數(shù)很好地調(diào)節(jié)，此外點缺陷的引入能顯著改變等離子共振性質(zhì)，出現(xiàn)一些新的等離子共振態(tài)。
　　2.分析了

4、共軸分裂管共振子二聚物超材料結(jié)構(gòu)的相位共振性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)隨著結(jié)構(gòu)中縫數(shù)的增加，共振峰發(fā)生分裂且出現(xiàn)更多的谷。我們認為這種分裂行為源于相鄰管間的類相位共振。共振峰強依賴于縫寬，共軸管間的厚度和介電常數(shù)等參量的調(diào)制。這個研究對進一步理解相位共振在表面等離子共振模式的形成方面有用。另外，還探討了平面分裂環(huán)三聚物的透射性質(zhì)和等離子共振特性，發(fā)現(xiàn)其透射性質(zhì)強依賴于大分裂環(huán)和小分裂環(huán)對間距、小分裂環(huán)對間距和大分裂環(huán)厚度的調(diào)制。
　　3.探討了單個

5、非共軸納米管和三種非共軸納米管二聚物的透射共振模式，主要研究軸偏移量對透射譜和等離子共振的影響。發(fā)現(xiàn)隨著軸偏移量的增加，能導(dǎo)致類納米蛋結(jié)構(gòu)透射譜的紅移和更多峰的出現(xiàn)，而對于類納米杯子結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)相反的并且更復(fù)雜的行為，如出現(xiàn)S形的譜平移。也研究了軸偏移量和納米管對間距的聯(lián)合影響。結(jié)果顯示當增加軸偏移和減少間距尺寸時，類納米蛋結(jié)構(gòu)的譜紅移，納米杯譜展現(xiàn)相反的行為。表面電荷的非對稱分布顯示偶極子和多極子雜化模式出現(xiàn)在這些結(jié)構(gòu)的幾何截面，且薄邊

6、附近的電場增強很大。這些研究結(jié)果說明這些納米結(jié)構(gòu)可能在分子傳感和拉曼光譜中有著潛在應(yīng)用。另外，還研究了兩種類型的非共軸的金/硅/金多層納米管二聚物結(jié)構(gòu)的透射性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)不管是金內(nèi)核，還是中間的硅層偏離中心都能顯著改變其透射譜和電場近場分布情況。
　　4.研究了由橢圓柱三角架組成的暗-明共振子和暗-明-暗共振子結(jié)構(gòu)的透射和等離子共振性質(zhì)。我們發(fā)現(xiàn)等離子共振子的結(jié)構(gòu)和空間分布對共振譜影響很大。在對稱情況下只出現(xiàn)單個透明窗口，若對稱性破缺

7、時，出現(xiàn)另一個透明窗口。相長干涉增強了明和暗共振子間的耦合，導(dǎo)致更明顯的PIT透明窗口，這可用于指導(dǎo)制造基于PIT的光開關(guān)。由磁場分布，我們發(fā)現(xiàn)磁場強局域在腔內(nèi)，新出現(xiàn)的峰是源于一階或二階磁共振，只有正場或正和負場分別在兩個腔中得到增強，對于透射谷，磁場只局域在一個腔中，這在能量有選擇局域方面有用。且發(fā)現(xiàn)透射譜對周圍環(huán)境的折射指數(shù)的擾動特別敏感，這可用于高靈敏度的傳感器。
　　5.研究了加載金屬橋的天線陣列的等離子共振性質(zhì)。發(fā)現(xiàn)當