【摘要】：根據(jù)量子電動力學(xué),自發(fā)輻射及偶極-偶極相互作用均強烈依賴于電磁環(huán)境。表面等離激元納米結(jié)構(gòu)是調(diào)控它們較好的平臺,能在金屬和電介質(zhì)界面處產(chǎn)生表面等離激元共振。表面等離激元能突破衍射極限,大大增強局域電磁場,在原子與光子相互作用領(lǐng)域具有重要的作用。本文研究表面等離激元對自發(fā)輻射及偶極-偶極相互作用的影響,具體內(nèi)容如下:研究表明,自發(fā)輻射及偶極-偶極相互作用均可用經(jīng)典的并矢格林函數(shù)來表達。因此,如何準確、快速求解并矢格林函數(shù)是研究人工納米結(jié)構(gòu)中自發(fā)輻射及偶極-偶極相互作用的關(guān)鍵。本文提出一種普適的方法,用有金屬納米結(jié)構(gòu)和均勻空間兩種情況下電偶極子輻射場的差來表達散射格林函數(shù),這一理論可以利用基于有限元算法的COMSOL Multiphysics軟件來實現(xiàn)。利用該方法,研究納米球以及金屬-空氣分層結(jié)構(gòu)附近的自發(fā)輻射和能級移動問題,數(shù)值結(jié)果與解析解符合較好,證實了該方法的有效性。另一方面,細致地研究了求解并矢格林函數(shù)通常所采用的準靜態(tài)方法,發(fā)現(xiàn)當躍遷頻率遠離納米結(jié)構(gòu)輻射模式時,該方法計算能級移動比計算自發(fā)輻射更加有效;當躍遷頻率在納米結(jié)構(gòu)輻射模式附近時,該方法會導(dǎo)致所求得的自發(fā)輻射率和能級移動藍移,且量子點離金屬表面距離越遠,藍移越明顯。理論上,并矢格林函數(shù)可以用均勻空間部分和散射部分之和來表達。當源點和場點在同一位置時,格林函數(shù)的實部是發(fā)散的,導(dǎo)致了發(fā)散的能級移動。傳統(tǒng)上,將均勻空間所導(dǎo)致的能級移動歸于偶極子的躍遷頻率,只需考慮不發(fā)散的散射部分對能級移動的影響,另一種處理方法是采用重整化的方法。本文提出一種利用有限元法計算重整化格林函數(shù)的方法,不同于前述散射格林函數(shù)方法中需要兩次仿真,該方法只需仿真一次,極大地減少計算量。應(yīng)用該方法到均勻空間中,數(shù)值解與解析解一致,證實了該方法的可應(yīng)用性及準確性。另外,系統(tǒng)比較了點電偶極子源與線電流源在計算重整化格林函數(shù)中的差異,發(fā)現(xiàn)點電偶極子源更合適。研究偶極子的極化方向?qū)︺y納米球附近兩個原子間偶極-偶極相互作用的影響。結(jié)果表明,一個線性極化的偶極子與另一個原子耦合時,當另一個原子的極化方向是左旋圓極化時要比其為右旋圓極化時的耦合強得多,這種極化選擇現(xiàn)象在很寬一段頻率范圍內(nèi)(0.03eV)都存在,而且對原子位置和銀納米球半徑的微小擾動均有很好的魯棒性;除了穩(wěn)定的確定性耦合以外,還發(fā)現(xiàn)在很窄的頻率范圍內(nèi)(0.014eV)從只與右旋圓極化的偶極子耦合跳變?yōu)橹慌c左旋圓極化的偶極子耦合;當兩個偶極子和球心在同一直線上時,一個原子的極化方向是右旋圓極化時,只有另一個原子的極化方向也是右旋圓極化時才會產(chǎn)生較強的耦合,不會與左旋圓極化的偶極子產(chǎn)生耦合。我們的結(jié)果對于基于偶極-偶極相互作用的固態(tài)量子信息處理具有重要意義。
【圖文】：

個二能級原子系統(tǒng)之間形成共振偶極-偶極相互作用（圖片來源于文獻[5原子所處的電磁環(huán)境就有可能改變原子的自發(fā)輻射[34, 35]�；趹]，通過交換光子而產(chǎn)生的偶極-偶極相互作用在不同的電磁環(huán)子與原子之間的合作特性是由原子與原子之間的相互作用特性子的衰變率小于原子間的相互作用強度的時候，原子間的合作

態(tài)近似計算結(jié)果準確性的影響。本章首先給出了所研究的，我們分別將有限元法得到的結(jié)果和準靜態(tài)近似得到的結(jié)最后，我們采用有限元方法和準靜態(tài)方法研究了雙球系統(tǒng)動問題。與理論方法1 所示，本章節(jié)中考慮了兩種不同的表面等離激元納米結(jié)氣分層結(jié)構(gòu)，另一種是銀納米球。銀的介電常數(shù)采用了 2 2/ ( )p i [22]，在這里， 6 、 7.89p eV、 常數(shù)1 1。量子點到銀表面的距離是 l 。在這里躍遷偶中 d 代表強度， n 代表單位偶極矩的方向。在本.5e nm)，同時為了簡單起見，， n 的方向選擇為垂直于金屬納米球的半徑 a 20nm。
【學(xué)位授予單位】：吉首大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O413.2;TB383.1

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王昌標,劉盛綱;自由電子激光中自發(fā)輻射光脈沖的自干涉現(xiàn)象[J];電子科學(xué)學(xué)刊;1988年05期

2 蔣華北,何一平;自由電子激光互作用機制的研究[J];國防科技大學(xué)學(xué)報;1988年01期

3 伍斌;周洪波;周定伯;;自發(fā)輻射的全量子解釋[J];貴州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);1988年04期

4 李世芳,林福成;激光場綴飾的原子的自發(fā)輻射特性——譜的瞬時行為,Aulter-Townes雙重線的選擇性激發(fā)[J];光學(xué)學(xué)報;1989年01期

5 楊柳;郜中星;薛冰;張勇剛;蔡永茂;;基于自發(fā)輻射相干效應(yīng)的可調(diào)光子帶隙反射率的提高方法[J];物理學(xué)報;2018年23期

6 劉曉東,李曙光,許興勝,王義全,程丙英,張道中;用不同密度分布的發(fā)光分子探測光子晶體的全態(tài)密度[J];物理學(xué)報;2004年01期

7 趙裕鈐;BPM紅外偏振光治療儀臨床物理傳播特性[J];中國醫(yī)療器械信息;2002年01期

8 文雙春,曾錫濱,祝家清;線電流搖擺場自由電子激光[J];應(yīng)用激光;1997年04期

9 祁劍南;黃志祥;王翰林;吳先良;褚景陽;周麗;;基于頻域有限差分法的二維自發(fā)輻射特性研究[J];光子學(xué)報;2014年01期

10 陳佳音;劉國軍;王江安;;長程表面等離子激元的噪聲特性及仿真研究[J];紅外與激光工程;2014年12期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 黃仙山;動靜態(tài)結(jié)構(gòu)庫中原子自發(fā)輻射的理論研究[D];同濟大學(xué);2007年

2 許靜平;含左手性材料的一維結(jié)構(gòu)中二能級原子的自發(fā)輻射[D];同濟大學(xué);2007年

3 譚榮;光學(xué)微器件中原子自發(fā)輻射和受激輻射性質(zhì)的控制和應(yīng)用[D];華中師范大學(xué);2008年

4 姜向前;非馬爾可夫熱庫中多能級原子自發(fā)輻射特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2007年

5 鄒冰;自由電子激光中有關(guān)非線性效應(yīng)的若干研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

6 吳愛林;同步輻射和自由電子激光中特殊波蕩器的研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

7 丁春玲;量子相干介質(zhì)中自發(fā)輻射及相關(guān)特性的理論研究[D];華中科技大學(xué);2012年

8 鄧樂;分子多能級系統(tǒng)量子干涉效應(yīng)研究[D];華東師范大學(xué);2000年

9 方煒;新型人工材料中量子系統(tǒng)的動力學(xué)演化及非經(jīng)典性質(zhì)[D];華中師范大學(xué);2016年

10 鄧立兒;一維光子晶體的理論計算及三維反蛋白石結(jié)構(gòu)的研究[D];北京交通大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 趙運進;基于表面等離激元的自發(fā)輻射及偶極—偶極相互作用研究[D];吉首大學(xué);2018年

2 丁明嵩;腔QED系統(tǒng)中囚禁原子動力學(xué)行為的研究[D];大連工業(yè)大學(xué);2017年

3 任昊;二維非均勻介質(zhì)中的自發(fā)輻射研究[D];安徽大學(xué);2018年

4 陳金玉;基于自發(fā)輻射相干的三維原子局域化的研究[D];安徽大學(xué);2018年

5 張萍;基于半導(dǎo)體相干介質(zhì)中的自發(fā)輻射譜的研究[D];華東交通大學(xué);2017年

6 張揚;表面等離子體對偶極子自發(fā)輻射影響的研究[D];北京郵電大學(xué);2017年

7 李玲;一維左右手材料光子晶體中三能級原子的自發(fā)輻射性質(zhì)研究[D];吉林大學(xué);2008年

8 周仁龍;光子晶體中原子的自發(fā)輻射特性研究[D];湖南大學(xué);2003年

9 饒婷;由經(jīng)典噪聲場驅(qū)動的雙原子體系量子關(guān)聯(lián)的產(chǎn)生[D];華中師范大學(xué);2012年

10 于旭光;半導(dǎo)體微納結(jié)構(gòu)中量子點自發(fā)輻射特性研究[D];北京郵電大學(xué);2015年

本文編號：2616291