微納金屬結(jié)構(gòu)中的相位共振和Fano共振及相關(guān)現(xiàn)象的研究.pdf

1、表面等離子激元(SPPs)的出現(xiàn)為人們操縱光提供了新途徑。與表面等離激元有關(guān)的研究已經(jīng)取得了許多令人鼓舞的新進(jìn)展，而且迅速向其它領(lǐng)域交叉滲透，新的研究分支不斷出現(xiàn)。最近在相互作用的等離子系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了亞輻射，超輻射和Fano干涉現(xiàn)象，且發(fā)現(xiàn)Fano共振的相互作用參數(shù)能直接通過改變納米結(jié)構(gòu)的幾何和構(gòu)型來實(shí)現(xiàn)。由于它們非對(duì)稱的共振譜線形狀，在生物傳感，超材料，光開關(guān)，和非線性光學(xué)器件中有著潛在應(yīng)用價(jià)值。本論文在現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外研究基礎(chǔ)之上，運(yùn)用時(shí)域

2、有限差分法(FDTD)研究了多種微納金屬結(jié)構(gòu)的光透射性質(zhì)和等離子共振性質(zhì)，引入了更多的調(diào)控因子，發(fā)現(xiàn)了一些新的物理現(xiàn)象，分析了其中的物理機(jī)理，并探討了可能存在的潛在應(yīng)用價(jià)值。
　　本論文的研究工作主要包括以下五個(gè)部分:
　　1.研究了雙層共軸納米管結(jié)構(gòu)的透射性質(zhì)和等離子共振性質(zhì)。發(fā)現(xiàn)雙層納米管跟單層納米管相比，在短波長(zhǎng)區(qū)域出現(xiàn)新的透射帶。通過研究結(jié)構(gòu)和介電參數(shù)對(duì)透射率、電場(chǎng)分布和能量分布的影響，發(fā)現(xiàn)單個(gè)的雙層共軸納米管的透射

3、譜對(duì)內(nèi)、外層納米管的厚度，內(nèi)、外層納米管間距和介電常數(shù)變化非常敏感，特別是靠近帶隙左邊的共振峰。通過對(duì)局域電場(chǎng)分布性質(zhì)的研究，發(fā)現(xiàn)局域等離子共振模源于共軸管橫截面的多級(jí)等離子極化子的雜化。另外我們還研究了共軸金納米管列和含有點(diǎn)缺陷的共軸納米管列的透射性質(zhì)，通過研究發(fā)現(xiàn)近場(chǎng)光學(xué)響應(yīng)，等離子共振峰的強(qiáng)度，位置和線寬都能通過調(diào)節(jié)幾何和介電參數(shù)很好地調(diào)節(jié)，此外點(diǎn)缺陷的引入能顯著改變等離子共振性質(zhì)，出現(xiàn)一些新的等離子共振態(tài)。
　　2.分析了

4、共軸分裂管共振子二聚物超材料結(jié)構(gòu)的相位共振性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)隨著結(jié)構(gòu)中縫數(shù)的增加，共振峰發(fā)生分裂且出現(xiàn)更多的谷。我們認(rèn)為這種分裂行為源于相鄰管間的類相位共振。共振峰強(qiáng)依賴于縫寬，共軸管間的厚度和介電常數(shù)等參量的調(diào)制。這個(gè)研究對(duì)進(jìn)一步理解相位共振在表面等離子共振模式的形成方面有用。另外，還探討了平面分裂環(huán)三聚物的透射性質(zhì)和等離子共振特性，發(fā)現(xiàn)其透射性質(zhì)強(qiáng)依賴于大分裂環(huán)和小分裂環(huán)對(duì)間距、小分裂環(huán)對(duì)間距和大分裂環(huán)厚度的調(diào)制。
　　3.探討了單個(gè)

5、非共軸納米管和三種非共軸納米管二聚物的透射共振模式，主要研究軸偏移量對(duì)透射譜和等離子共振的影響。發(fā)現(xiàn)隨著軸偏移量的增加，能導(dǎo)致類納米蛋結(jié)構(gòu)透射譜的紅移和更多峰的出現(xiàn)，而對(duì)于類納米杯子結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)相反的并且更復(fù)雜的行為，如出現(xiàn)S形的譜平移。也研究了軸偏移量和納米管對(duì)間距的聯(lián)合影響。結(jié)果顯示當(dāng)增加軸偏移和減少間距尺寸時(shí)，類納米蛋結(jié)構(gòu)的譜紅移，納米杯譜展現(xiàn)相反的行為。表面電荷的非對(duì)稱分布顯示偶極子和多極子雜化模式出現(xiàn)在這些結(jié)構(gòu)的幾何截面，且薄邊

6、附近的電場(chǎng)增強(qiáng)很大。這些研究結(jié)果說明這些納米結(jié)構(gòu)可能在分子傳感和拉曼光譜中有著潛在應(yīng)用。另外，還研究了兩種類型的非共軸的金/硅/金多層納米管二聚物結(jié)構(gòu)的透射性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)不管是金內(nèi)核，還是中間的硅層偏離中心都能顯著改變其透射譜和電場(chǎng)近場(chǎng)分布情況。
　　4.研究了由橢圓柱三角架組成的暗-明共振子和暗-明-暗共振子結(jié)構(gòu)的透射和等離子共振性質(zhì)。我們發(fā)現(xiàn)等離子共振子的結(jié)構(gòu)和空間分布對(duì)共振譜影響很大。在對(duì)稱情況下只出現(xiàn)單個(gè)透明窗口，若對(duì)稱性破缺

7、時(shí)，出現(xiàn)另一個(gè)透明窗口。相長(zhǎng)干涉增強(qiáng)了明和暗共振子間的耦合，導(dǎo)致更明顯的PIT透明窗口，這可用于指導(dǎo)制造基于PIT的光開關(guān)。由磁場(chǎng)分布，我們發(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)強(qiáng)局域在腔內(nèi)，新出現(xiàn)的峰是源于一階或二階磁共振，只有正場(chǎng)或正和負(fù)場(chǎng)分別在兩個(gè)腔中得到增強(qiáng)，對(duì)于透射谷，磁場(chǎng)只局域在一個(gè)腔中，這在能量有選擇局域方面有用。且發(fā)現(xiàn)透射譜對(duì)周圍環(huán)境的折射指數(shù)的擾動(dòng)特別敏感，這可用于高靈敏度的傳感器。
　　5.研究了加載金屬橋的天線陣列的等離子共振性質(zhì)。發(fā)現(xiàn)當(dāng)