發(fā)布時(shí)間：2018-05-30 06:50

  本文選題：局域表面等離激元 + 納米結(jié)構(gòu)��； 參考：《江西師范大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：21世紀(jì)新葉,亞波長(zhǎng)表面等離激元學(xué)這門新興學(xué)科掀起了等離激元納米結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域的研究熱潮。相較傳統(tǒng)光學(xué)設(shè)備,等離激元納米結(jié)構(gòu)材料具有體積小、適合集成、能突破光學(xué)衍射極限等優(yōu)點(diǎn),在太陽能,傳感器,濾波器以及光耦合器等領(lǐng)域上有著巨大應(yīng)用前景。本文從等離激元定義的介紹出發(fā),以表面等離激元共振理論為基礎(chǔ),剖析等離激元納米結(jié)構(gòu)的奇特光學(xué)特性的內(nèi)在物理機(jī)制,并基于有限時(shí)域差分法,設(shè)計(jì)了納米微孔結(jié)構(gòu)、雙層金屬納米結(jié)構(gòu)以及金屬-介質(zhì)-金屬多層顆粒金屬納米結(jié)構(gòu)這三種不同類型的新型納米結(jié)構(gòu)。通過結(jié)合局域等離激元和表面等離極化激元的相關(guān)理論,以透反射、電場(chǎng)強(qiáng)度分布特性等為載體,研究了各個(gè)納米結(jié)構(gòu)的新奇光學(xué)現(xiàn)象,得到了寬單頻帶或窄多頻帶的光透特性及其與結(jié)構(gòu)參數(shù)間的關(guān)聯(lián)作用,深入解析了金屬納米結(jié)構(gòu)中各等離激元共振模式的物理機(jī)理。在第二章中,我們?cè)O(shè)計(jì)了一種在紫外光到紅外光波段具有超完美、寬頻帶的光透射特性的新型金屬納米立方孔結(jié),通過調(diào)節(jié)該金屬納米結(jié)構(gòu)中立方孔的邊長(zhǎng)、間距以及填充介質(zhì)等多個(gè)參數(shù),從而獲得了在紫外到紅外波段高達(dá)99%的寬頻帶超完美光透射。該結(jié)構(gòu)在新型金屬透明電極、太陽能電池等領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。在第三章中,我們?cè)O(shè)計(jì)了一種由六角周期排列的納米立方體和立方孔組成的雙層納米結(jié)構(gòu)。由于納米孔與納米立方體的強(qiáng)烈等離激元耦合作用,這種雙層結(jié)構(gòu)在可見及紅外光波段出現(xiàn)了窄雙頻帶高光透射。兩個(gè)共振模的透射值均大于80%。雙窄頻帶可以通過改變結(jié)構(gòu)中納米孔和納米立方體的邊長(zhǎng)、周期和高度來有效調(diào)節(jié)。通過結(jié)合對(duì)應(yīng)等離激元共振模式的電磁場(chǎng)能量分布模型,我們進(jìn)一步分析了該結(jié)構(gòu)中各透射頻帶的內(nèi)在物理機(jī)制。這種局域窄雙頻帶的復(fù)合等離激元納米結(jié)構(gòu),可以廣泛應(yīng)用于光學(xué)濾波器和傳感領(lǐng)域。在第四章中,我們?cè)O(shè)計(jì)了一種由金屬-介質(zhì)-金屬同心圓柱體的納米立方體顆粒陣列和金屬薄層組成的新型結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)在可見光及紅外光范圍內(nèi)展現(xiàn)出了三個(gè)具有高光透射率的透射頻帶來自納米顆粒的局域表面等離激元,底下金屬層的表面等離極化激元的激發(fā),以及他們的相互耦合作用。窄三頻帶光學(xué)特性可以通過內(nèi)外圓柱體的半徑,納米顆粒的排列周期,銀層的厚度以及內(nèi)外層圓柱體間介質(zhì)層的介電常數(shù)有效調(diào)節(jié)。從而有助于多頻帶光濾波器及復(fù)用型傳感的研究。在第五章中,我們?cè)O(shè)計(jì)一種沉積于銀層上的多層納米圓盤結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)有六角周期排列的三層的金屬-介質(zhì)-金屬垂直排列的納米圓盤顆粒與銀薄層組成。在其光譜圖上共有三個(gè)等離激元膜產(chǎn)生,并分別是有等離激元明膜、暗膜以及法諾共振引起的。其中,明膜是由于偶極態(tài)膜對(duì)間的對(duì)稱耦合,使其在光譜上產(chǎn)生寬頻帶。而暗膜則由于偶極矩限制無法在尺寸小的納米結(jié)構(gòu)中直接受入射光激發(fā)獲得,故只能通過等離激元雜化理論中納米圓盤間的非對(duì)稱耦合大大減少結(jié)構(gòu)的偶極矩,從而獲得暗膜。由于納米圓盤顆粒對(duì)中一個(gè)圓盤顆粒的位置、尺寸的變化導(dǎo)致結(jié)構(gòu)對(duì)稱性的破壞,導(dǎo)致高級(jí)態(tài)的暗膜耦合明膜,最終導(dǎo)致法諾共振現(xiàn)象。另外,底層金屬銀薄層的表面等離極化激元通過與納米圓盤顆粒的局域表面等離激元的耦合作用對(duì)這三個(gè)等離激元膜都發(fā)揮著重大作用。就結(jié)果而言,這種納米結(jié)構(gòu)隨著各圓盤層厚度、底下銀層厚度以及中間層介電常數(shù)的變化具有良好的可調(diào)性。尤其是暗膜與法諾共振在光譜上有快速衰減窄頻帶寬,使其在光學(xué)傳感器以及濾波器等領(lǐng)域有這巨大優(yōu)勢(shì)。
[Abstract]:In the new year of twenty-first Century, subwavelength surface plasmons and plasmons set off a hot research upsurge in the field of plasmon nanomaterials. Compared with traditional optical devices, plasmon nanomaterials are small in size, suitable for integration, and can break through the advantages of optical diffraction limit, such as solar energy, sensors, filters, and optical couplers. On the basis of the theory of surface plasmon resonance, the intrinsic physical mechanism of the peculiar optical properties of the nanoscale nanostructures, such as the surface plasmon resonance theory, is analyzed, and the nano microporous structure, the double layer metal nanostructure and the metal medium gold are designed on the basis of the surface plasmon resonance theory. It is a new type of nanostructure of three different types of granular metal nanostructures. By combining the related theory of local plasmons and surface plasmon polaritons, the novel optical phenomena of each nanostructure are studied by means of reflection and electric field intensity distribution, and the optical permeability characteristics of a wide single band or narrow multiband are obtained. In the second chapter, we designed a new type of nanometers cubic pore junction with ultra perfect and broadband light transmission characteristics in the ultraviolet to infrared light band, by adjusting the metal nanostructure in the metal nanostructure. In the third chapter, we have designed a kind of nanoscale vertical array of six angles in the third chapter. The structure has a good application prospect in the fields of new metal transparent electrode and solar cell. In the third chapter, we have designed a kind of nanoscale vertical array of six angles. The bilayer nanostructures consisting of a cube and a cubic hole. Due to the strong coupling of nanoscale and nano cubes, this double layer structure has a narrow double band high light transmission in visible and infrared wavelengths. The transmission values of the two resonant modes are all larger than the 80%. double narrow band, which can pass through the change of nanoscale and nano cubes in the structure. The internal physical mechanism of the transmission bands in the structure is further analyzed by combining the electromagnetic field energy distribution model with the corresponding plasmon resonance mode. This local narrow double frequency band composite plasmon nanostructure can be widely used in optical filters and sensing fields. In the fourth chapter, we have designed a new structure consisting of a metal dielectric metal concentric cylindrical nano cube particle array and a thin metal thin layer. This structure shows three transmittance bands with high transmittance in the visible light and infrared light range, the local surface plasmon from nanoscale particles, the bottom metal layer. The optical properties of the narrow tri band can be effectively regulated by the radius of the internal and external cylinders, the permutation period of the nanoparticles, the thickness of the silver layer and the dielectric constant of the dielectric layer between the inner and outer cylinders, which can help the research of the multiband optical filter and the multiplexing sensor. In the fifth chapter, we design a multilayer nanoscale disk deposited on the silver layer. This structure consists of three layers of metal - metal - metal - metal vertically arranged nanoscale disk particles and silver thin layers in a six corner periodic arrangement. There are a total of three plasmons produced on its spectrogram, and are respectively the plasmons, dark films, and the films. It is caused by the Fano resonance, which is due to the symmetrical coupling between the dipolar membrane and the broad band in the spectrum, while the dark film can not be directly excited by the incident light in small size nanostructures due to the dipole moment restriction, so it can only be greatly reduced by the asymmetric coupling between the nanoscale disks in the isopa hybrid theory. With the dipole moment of the structure, the dark film is obtained. Due to the change of the size of the particle size of the medium disk particles in the nanoscale disk, the symmetry of the structure is destroyed, which leads to the dark film coupling clear film in the advanced state, which eventually leads to the phenomenon of the Fano resonance. In addition, the surface of the surface of the thin layer of the silver layer of the underlying metal passes through the bureaus of the nanoscale disk particles. The coupling effect of the field surface and other excitations plays an important role in the three plasmons. As a result, the nanostructure has a good adjustable with the thickness of the disc layer, the thickness of the silver layer and the dielectric constant of the middle layer, especially the narrow band attenuation bandwidth of the dark film and the Fano resonance in the spectrum. It has great advantages in optical sensors and filters.
【學(xué)位授予單位】：江西師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O53;TB383.1

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1954352