【摘要】：入射光與金屬納米粒子相互作用,當(dāng)入射光頻率和自由電子的振蕩頻率相同時(shí),即滿足波矢匹配條件,此時(shí)會(huì)產(chǎn)生等離激元共振現(xiàn)象。等離激元共振效應(yīng)會(huì)對(duì)于周圍環(huán)境介質(zhì)變化、入射光的方向、結(jié)構(gòu)的材料以及納米結(jié)構(gòu)的形狀做出敏感的變化,以上這些措施都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)共振峰位置和強(qiáng)度的有效調(diào)節(jié)。由于表面等離激元獨(dú)特的光學(xué)特性,其在表面增強(qiáng)、法諾開關(guān)、太陽能電池和傳播波導(dǎo)等領(lǐng)域具有較大的研究?jī)r(jià)值。對(duì)于當(dāng)前表面等離激元的研究還存在兩方面的不足,一是對(duì)共振線型的調(diào)控不足,二是對(duì)磁法諾的研究不全面。為了彌補(bǔ)這兩方面的研究缺陷,小組設(shè)計(jì)了非同心的不對(duì)稱的圓環(huán)/環(huán)結(jié)構(gòu)和雙開口劈裂環(huán)/方環(huán)結(jié)構(gòu),分別研究?jī)煞N結(jié)構(gòu)的光學(xué)特性。本文主要以這兩個(gè)結(jié)構(gòu)作為研究?jī)?nèi)容;第一部分:研究了非同心的不對(duì)稱的圓環(huán)/環(huán)(NARR)的消光性質(zhì),并且從結(jié)構(gòu)的電荷分布和電流密度磁場(chǎng)分布等研究了其光學(xué)特性。在同心對(duì)稱的環(huán)環(huán)結(jié)構(gòu)中,不會(huì)出現(xiàn)磁性法諾共振。在結(jié)構(gòu)對(duì)稱性破壞的情況下(即納米結(jié)構(gòu)為非同心不對(duì)稱的環(huán)/環(huán)),高階磁性法諾共振被激發(fā),其主要可以通過空腔的偏置,放大倍數(shù)和外環(huán)的寬度進(jìn)行調(diào)節(jié),共振強(qiáng)度都得到增強(qiáng)。其次發(fā)現(xiàn)在調(diào)節(jié)內(nèi)環(huán)的偏置時(shí),當(dāng)內(nèi)環(huán)偏置和空腔偏置相同時(shí)(納米結(jié)構(gòu)為非同心對(duì)稱的環(huán)/環(huán)),磁法諾共振被抑制。等離激元的納米結(jié)構(gòu)的光學(xué)特性可以應(yīng)用于磁法諾開關(guān)和表面增強(qiáng)光譜等領(lǐng)域。第二部分:研究了雙開口劈裂環(huán)/方環(huán)(DSR/SR)的表面等離激元共振,雙開口劈裂環(huán)和方形內(nèi)環(huán)之間的等離激元雜化形成綁定和反綁定模式,在綁定模式磁共振處出現(xiàn)環(huán)流,形成磁性法諾共振;在反綁定模式電共振處沒有出現(xiàn)環(huán)流,形成的電法諾共振。為了對(duì)法諾共振進(jìn)行有效的調(diào)節(jié),首先在為破壞系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)稱性的情況下,通過改變方形內(nèi)環(huán)和雙開口劈裂環(huán)之間的間隙g、雙開口劈裂環(huán)開口寬度s和結(jié)構(gòu)的放大倍數(shù)MT對(duì)法諾共振位置和強(qiáng)度的調(diào)控。每個(gè)磁性法諾共振處出現(xiàn)偶數(shù)個(gè)磁性熱點(diǎn),且相鄰位置處的環(huán)流方向相。在磁性法諾共振位置處,為了能夠激發(fā)出四個(gè)和八個(gè)環(huán)流的共振,系統(tǒng)的對(duì)稱性被打破,通過改變臂長(zhǎng)和內(nèi)環(huán)的偏置,分別激發(fā)了不同的新的共振峰,實(shí)現(xiàn)了多重磁法諾共振。新的磁共振的磁場(chǎng)增強(qiáng)達(dá)到30.4,這可以在表面增強(qiáng)光譜學(xué)中得到有效的應(yīng)用。最后計(jì)算了不同電共振和磁共振的品質(zhì)因子和對(duì)周圍介質(zhì)的折射率敏感度,其中磁模式的品質(zhì)因子最大可達(dá)到25.3(FOM=25.3),不同的磁共振對(duì)環(huán)境變化的敏感度最大。該結(jié)構(gòu)的這一特點(diǎn)可以應(yīng)用于生物傳感等領(lǐng)域。
【學(xué)位授予單位】：陜西師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB383.1
【圖文】：

播的電磁波，這就是表面等離極化激元（ＳＰＰｓ）。ＳＰＰｓ是通過表面電子的集體振逡逑動(dòng)的形式沿著介質(zhì)表面?zhèn)鞑�，常出現(xiàn)在納米結(jié)構(gòu)中，比如納米天線、多層結(jié)構(gòu)等。逡逑如圖１－１所示，電磁波既有ｘ軸的相位波動(dòng)，又有ｚ方向的電子振動(dòng)，其中ｘ軸的逡逑分量占主導(dǎo)地位，垂直方向上呈現(xiàn)指數(shù)衰減。當(dāng)入射光的頻率和電子振動(dòng)的頻率逡逑相同時(shí)，滿足波矢匹配條件，形成傳播表面等離激元共振。常用的方法有兩種波逡逑導(dǎo)耦合和光柵耦合。逡逑１．１．３局域表面等離激元共振逡逑當(dāng)金屬納米球和納米盤等被外加電場(chǎng)照射后，形成的表面等離激元并沒有以逡逑波的形式沿著界面?zhèn)鞑�，而是高度集中在納米結(jié)構(gòu)的表面，并且迅速表現(xiàn)出衰減逡逑的現(xiàn)象，這就是局域表面等離激元（Ｌｏｃａｌ邋ｓｕｒｆａｃｅ邋ｐｌａｓｍｏｎｓ，ＬＳＰｓ）。如圖１－２所示，逡逑２逡逑

邐Ｘ逡逑Ｍｅｔａｌ逡逑圖１－１金屬和電介質(zhì)界面的傳播表面等離激元［１３］逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｐｒｏｐａｇａｔｉｎｇ邋ｓｕｒｆａｃｅ邋ｐｌａｓｍｏｎ邋ｒｅｓｏｎａｎｃｅ邋ａｔ邋ｔｈｅ邋ｉｎｔｅｒｆａｃｅ邋ｂｅｔｗｅｅｎ邋ｍｅｔａｌ邋ａｎｄ邋ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ逡逑入射光作用在金屬和介質(zhì)的界面時(shí)，在光的驅(qū)動(dòng)下，金屬表面的自由電子產(chǎn)逡逑生集體振蕩，電磁波和金屬表面的自由電子振蕩發(fā)生耦合，形成沿著金屬表面?zhèn)麇义喜サ碾姶挪�，這就是表面等離極化激元（ＳＰＰｓ）。ＳＰＰｓ是通過表面電子的集體振逡逑動(dòng)的形式沿著介質(zhì)表面?zhèn)鞑ィ３霈F(xiàn)在納米結(jié)構(gòu)中，比如納米天線、多層結(jié)構(gòu)等。逡逑如圖１－１所示，電磁波既有ｘ軸的相位波動(dòng)，又有ｚ方向的電子振動(dòng)，其中ｘ軸的逡逑分量占主導(dǎo)地位，垂直方向上呈現(xiàn)指數(shù)衰減。當(dāng)入射光的頻率和電子振動(dòng)的頻率逡逑相同時(shí)，滿足波矢匹配條件，形成傳播表面等離激元共振。常用的方法有兩種波逡逑導(dǎo)耦合和光柵耦合。逡逑１．１．３局域表面等離激元共振逡逑當(dāng)金屬納米球和納米盤等被外加電場(chǎng)照射后

圖１－４不同尺寸銀納米圓環(huán)的電場(chǎng)增強(qiáng)逡逑Ｆｉｇ．邋１－４邋Ｅｌｅｃｔｒｉｃ邋ｆｉｅｌｄ邋ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ邋ｏｆ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｒｉｎｇ逡逑４所示，展示了共振峰的電場(chǎng)增強(qiáng)圖。通過觀察不同共振電環(huán)左右兩側(cè)的電場(chǎng)得到一定的增強(qiáng)，呈現(xiàn)出偶極共振模式。場(chǎng)增強(qiáng)不同，這說明尺寸大小對(duì)表面等離激元的共振增強(qiáng)具的形狀逡逑５所示，展示了銀納米圓環(huán)和方形環(huán)的消光曲線。納米圓環(huán)和０ｎｍ，厚度為３０ｍｎ。從消光譜中可以看出，光場(chǎng)垂直入射下線有很大的區(qū)別。比如納米圓環(huán)的半徑為１２０ｎｍ，在１２７０ｎｍ５逡逑

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 趙凱軍;貴金屬納米結(jié)構(gòu)法諾共振研究[D];陜西師范大學(xué);2016年

本文編號(hào)：2764665