幾種納米結構表面等離子體激元光頻特性研究.pdf

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生的沿金屬/電介質界面?zhèn)鞑サ碾姶挪āＴ诖怪庇诮饘?電介質界面方向，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域得到了廣泛的關注與應用，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-金

2、屬核殼二聚體”結構為基礎，旨在深入理解金屬納米結構中表面等離子體激元的性質和作用，為這幾種結構在納米光刻、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。
　　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)展歷程及應用領域，并提出本論文的研究目的和主要工作內容。
　　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、平面波源設置、吸收邊界設置以及誤差分析。并給出了時域有限差分方法中金屬Drude模型的參數(shù)設置。
　　在第三章里，研究了納米天線-電介質層-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)，對不同狹縫結構參數(shù)及電介質層厚度，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-金屬理論推導的表面等離子體極化激元波長的色散關系驗證了

4、數(shù)值計算結果，說明用金屬-電介質-金屬腔理論可以近似地描述天線-電介質層-狹縫結構的透射過程。
　　在第四章，研究了蝴蝶結孔的透射過程及納米天線對蝴蝶結孔透射過程的影響。結果表明:蝴蝶結孔的局域表面等離子激元共振峰對納米孔結構的局部幾何參數(shù)（如蝴蝶結孔的張角、間隙尺寸）較敏感，而受輪廓尺寸影響不大。另外，不同縱向寬度的天線對蝴蝶結孔的透射具有開關效應。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-電介質層-

5、金屬腔內的類法布里-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計具有重要的意義。
　　在第五章，研究了增益介質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。結果表明:由于核區(qū)增益介質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，增益介質對兩核殼粒子間耦合作用的增強較明顯