【摘要】：眾所周知,在納米光子學中,磁場增強和電場增強一樣重要。因此,獲得光學波段的巨大磁場增強在許多領域具有潛在的應用價值,例如磁場非線性產生的二次諧波和磁傳感器等。然而,在光與物質相互作用中,光的磁場分量所扮演的角色幾乎可以忽略,這是因為光的磁場分量在電荷上所施加的作用力遠小于其電場分量在電荷上所施加的作用力。因此,如何在光學波段獲得能與電場增強可比擬的磁場增強,對未來納米光子學的應用研究具有重要意義。論文首先主要介紹了表面等離激元的一些基礎概念、特點、現(xiàn)象,以及目前表面等離激元學領域最新的研究進展。其次,通過對新進展的分析,系統(tǒng)介紹了關于超構材料實現(xiàn)磁場增強效應的相關理論。最后,本論文創(chuàng)新性地提出了兩種超構材料中光學波段磁場增強的新方案。論文內容包括以下兩個方面:1、提出利用SiO_2介質納米柱將超構材料支撐起來而懸浮在空氣中可以實現(xiàn)超構材料中磁共振的衍射耦合效應。我們研究表明,在SiO_2圓柱頂起來的成對的金屬納米圓盤組成的二維四方陣列中,磁共振能夠通過遠場衍射耦合產生表面晶格模式。伴隨這種表面晶格模的激發(fā),我們預見了成對的金屬納米圓盤內部的磁場被極大增強;表面晶格模在金屬納米圓盤對內部產生的最大磁場強度,比純粹磁共振的局域磁場提高了近5.6倍,達到入射光磁場強度的846倍。此外,我們研究還發(fā)現(xiàn),要實現(xiàn)這種衍射耦合,表面晶格模式的磁場分量必須平行于金屬納米圓盤對中磁共振誘導的磁矩。2、研究了超構材料中的光學波導模與磁共振之間的相互耦合效應。單個成對的金屬納米圓盤可以通過金屬圓盤之間的等離激元近場耦合形成一個磁共振模式,而成對的金屬納米圓盤周期性的排列可以導致其相鄰介質波導中的光學波導模式的激發(fā)。我們研究發(fā)現(xiàn),當調節(jié)陣列的周期使光學波導模的位置與磁共振的位置接近時,這兩種模式將產生強烈的遠場耦合,從而在透射光譜中產生兩個窄帶的雜化共振模。此外,我們還提出利用一個耦合雙振子模型預測了這兩個雜化模式的位置;在強耦合區(qū),這兩個雜化模式展現(xiàn)出明顯的反交叉,從而在透射光譜中呈現(xiàn)出有趣的Rabi劈裂現(xiàn)象。伴隨這兩個雜化模式的激發(fā),我們還預見了成對的金屬納米圓盤對內部的磁場被極大增強,這種巨大的磁場增強在磁非線性和磁傳感器等領域具有重要的應用前景。
【學位授予單位】：南京郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O482.5
【圖文】：

使金屬表面電場強度，磁場強度得到增強，這（Surface Plasmon Resonance, SPR）現(xiàn)象。這類現(xiàn)象其實具受到金屬納米結構的材料，尺寸大小以及周邊介電常數(shù)的束縛特性會給金屬表面帶來了巨大的局域電磁場增強，故 Surface Plasmon, LSP）。局域表面等離激元應用非常廣泛強、表面增強拉曼光譜、表面等離激元光催化等。而且隨備出多種不同的結構，例如形狀不同的納米顆粒、納米對[10-14]。在這些研究的技術的基礎上，等離激元共振技術已、太陽能電池等各個領域[15-18]。離激元中金屬顆粒表面上的價電子會往復振蕩，且這種振附近（如圖 1.1 所示），類似于金屬納米球、棒、圓盤這類面等離激元共振。除此之外，納米顆粒之間的耦合也能夠米顆粒之間的某部分區(qū)域能夠觀察到非常強烈的電磁增強[

圖 1.2 金屬納米結構表面等離極化激元1.2 可知，表面等離激化激元的能量在傳播過程中不斷衰減，我們將能量衰減到距離定義為傳播長度 ，因此我們能夠推導出傳播距離的計算公式： = ( )。 (1究表明，在可見光波段，表面等離激元在自然界中的大部分金屬的表面?zhèn)鞑サ闹挥袔孜⒚椎綆资⒚�，而且如果表面等離激元的方向是垂直于表面的場方向將隨傳播距離成指數(shù)衰減，這種場也稱為消逝場。逝場的存在使得表面等離激元不具有輻射特性，從而阻止了能量從表面?zhèn)鞑コ鲈诮饘俦砻�。正是由于這種束縛性，人們才會開始會對表面等離極化激元產生。人們發(fā)現(xiàn)通過改變金屬表面的結構，能夠改變等離激元與光波的相互作用，的可控性。利用表面等離激元的傳導性質可以突破光的衍射極限，使其在金屬播，希望通過利用表面等離激元光波導實現(xiàn)更高集成度的光子芯片，大幅提高

【參考文獻】

相關期刊論文 前3條

1 王振林;陳卓;唐超軍;;表面等離激元與磁表面等離激元[J];物理;2012年10期

2 童廉明;徐紅星;;表面等離激元——機理、應用與展望[J];物理;2012年09期

3 王振林;;表面等離激元研究新進展[J];物理學進展;2009年03期

相關博士學位論文 前2條

1 謝玉波;表面等離激元納米光子學中的偏振態(tài)研究[D];南京大學;2016年

2 胡莉;基于電—磁耦合模式的表面等離激元手性機理研究[D];重慶大學;2016年

相關碩士學位論文 前1條

1 王鈺;基于金納米粒子修飾電極的生物及有機分子的光譜電化學研究[D];上海師范大學;2015年

本文編號：2715822