本文關(guān)鍵詞：基于納米天線陣列結(jié)構(gòu)的光學捕獲和輸運技術(shù)研究

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【摘要】：光鑷是在生物實驗室中經(jīng)常被用到的一種工具,它被廣泛應用于捕獲和操控生物細胞、膠狀材料等微小粒子。但受制于光的衍射極限,傳統(tǒng)意義上的光鑷難以操控尺寸比光波長小的納米尺度的粒子。而基于金屬表面等離子體效應的光學操控方法,得益于其電子共振產(chǎn)生的強大的梯度場,可以用于實現(xiàn)納米尺度微粒的穩(wěn)定的光學捕獲。在此基礎(chǔ)上,通過對微納等離子金屬結(jié)構(gòu)的獨特設(shè)計,可以在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)對納米尺寸粒子的穩(wěn)定輸運。本論文設(shè)計了一種包含四對長度遞增的金天線的微納陣列結(jié)構(gòu),可以通過改變?nèi)肷涔獾牟ㄩL,使每一對天線交替達到共振狀態(tài),繼而使得納米尺度的粒子能夠在相鄰天線的共振場之間實現(xiàn)一定距離內(nèi)的穩(wěn)定輸運。本論文的工作主要包括以下兩個方面：(1)設(shè)計了包含四對長度遞增的金納米天線的陣列結(jié)構(gòu),使得這四對金納米天線有不同的等離子體共振波長。通過有限元方法仿真發(fā)現(xiàn),四對天線之間存在著相互耦合和抑制的作用,在共振波長處表現(xiàn)的尤為明顯,這樣的光學特性使得此結(jié)構(gòu)適合應用于粒子輸運。(2)在已設(shè)計結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,對于粒徑為90nm的粒子,利用有限元方法仿真計算,結(jié)合麥克斯韋應力張量法,計算其在各個位置處的受力情況,判斷其運動軌跡,描述粒子能夠被穩(wěn)定輸運的范圍。通過對束縛勢阱的計算,證明粒子可以克服布朗運動的影響,實現(xiàn)一定范圍內(nèi)的穩(wěn)定輸運。
【關(guān)鍵詞】：金納米天線陣列 光學捕獲 粒子輸運
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN820.15
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 緒論9-14
• 1.1 傳統(tǒng)光鑷的概念、發(fā)展及局限性9-11
• 1.2 基于金屬表面等離子共振效應的光學捕獲11-13
• 1.3 選題內(nèi)容和章節(jié)安排13-14
• 第二章 理論基礎(chǔ)14-27
• 2.1 金屬自由電子氣的Drude模型14-16
• 2.2 等離子體振蕩16-21
• 2.3 麥克斯韋應力張量法及光力的勢阱計算21-23
• 2.4 電磁場仿真方法23-26
• 2.4.1 計算機模擬和有限元法簡介23-25
• 2.4.2 仿真誤差及精確性25-26
• 2.5 本章小結(jié)26-27
• 第三章 金納米天線陣列結(jié)構(gòu)的設(shè)計27-37
• 3.1 單個金納米天線結(jié)構(gòu)27
• 3.2 金納米天線陣列結(jié)構(gòu)27-35
• 3.2.1 金天線長度對場增強的影響29-30
• 3.2.2 金天線厚度對場增強的影響30-31
• 3.2.3 金天線寬度對場增強的影響31
• 3.2.4 金天線中間區(qū)域的間隔對場增強的影響31-32
• 3.2.5 相鄰兩對天線之間的間隔對場增強的影響32-35
• 3.3 金納米天線陣列結(jié)構(gòu)的仿真35-36
• 3.4 本章小結(jié)36-37
• 第四章 納米尺度粒子受力和勢阱分析37-49
• 4.1 粒子位于陣列結(jié)構(gòu)中間線時的情況37-41
• 4.2 粒子偏離陣列結(jié)構(gòu)中間線時的情況41-42
• 4.3 對于粒子被穩(wěn)定捕獲范圍的描繪42-47
• 4.4 本章小結(jié)47-49
• 第五章 總結(jié)與展望49-51
• 5.1 工作總結(jié)49-50
• 5.2 展望50-51
• 致謝51-52
• 參考文獻52-56
• 作者簡介56

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本文編號：710740