金屬等離子體納米結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究.pdf

1、金屬納米結(jié)構(gòu)因其在光波段的表面等離子體共振效應(yīng)而使其光響應(yīng)特性完全不同于金屬體材料，在眾多科學(xué)與工程領(lǐng)域中有著重要的應(yīng)用。本論文圍繞金屬等離子體納米結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用開(kāi)展研究，涉及到全金屬基窄帶完美吸波材料、雙波長(zhǎng)共振納米天線以及寬帶光學(xué)納米天線的設(shè)計(jì)，并探討了它們?cè)诒砻嬖鰪?qiáng)拉曼散射和熒光增強(qiáng)中的應(yīng)用。
　　首先，提出了一種全金屬基窄帶完美吸波材料的設(shè)計(jì)，不同于傳統(tǒng)的金屬-介質(zhì)-金屬三層結(jié)構(gòu)，這種新型設(shè)計(jì)具有超窄的吸收帶寬。作為折射

2、率傳感器，擁有極高的靈敏度和品質(zhì)因子(FOM)，處于世界領(lǐng)先水平?；隈詈夏＠碚?，研究了完美吸波材料的局域電磁場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)，將遠(yuǎn)場(chǎng)的吸收特性與近場(chǎng)的局域場(chǎng)增強(qiáng)有效地聯(lián)系起來(lái)，驗(yàn)證了稀釋的場(chǎng)增強(qiáng)因子與吸收率的正比關(guān)系，并由此證明了完美吸收條件是實(shí)現(xiàn)局域電磁場(chǎng)增強(qiáng)最大化的必要條件。
　　其次，設(shè)計(jì)了一種具有雙波長(zhǎng)等離子體共振的光學(xué)納米天線，它們的局域電場(chǎng)增強(qiáng)熱點(diǎn)都位于天線的間隙處，具有很高的空間重合度。通過(guò)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱性，可以有效地

3、調(diào)節(jié)兩個(gè)共振峰的位置。相比于不對(duì)稱偶極子天線，設(shè)計(jì)的雙波長(zhǎng)共振天線具有很高的天線輻射效率和較窄的線寬，非常適用于雙光子激發(fā)熒光增強(qiáng)應(yīng)用?；诓粚?duì)稱結(jié)構(gòu)，提出了一種雙帶完美吸波材料的設(shè)計(jì)方法，在兩個(gè)波段內(nèi)實(shí)現(xiàn)了接近百分百的吸收，同時(shí)具有很高的局域場(chǎng)增強(qiáng)因子。將雙帶完美吸波應(yīng)用于表面增強(qiáng)拉曼散射，其中一個(gè)共振用于增強(qiáng)拉曼激發(fā)信號(hào)，另一個(gè)共振用于增強(qiáng)拉曼散射信號(hào)，極大地提高了拉曼散射信號(hào)。
　　最后，提出了兩種新型的寬帶光學(xué)納米天線，包

4、括耦合的寬帶光學(xué)納米天線和單顆粒寬帶光學(xué)納米天線。在耦合的光學(xué)納米天線的研究中，數(shù)值研究了它的等離子體共振模式，以及其在熒光增強(qiáng)和拉曼增強(qiáng)中的應(yīng)用，還研究了耦合的寬帶光學(xué)納米天線的熱學(xué)特性，證明了其在非共振波長(zhǎng)范圍內(nèi)的低熱特性。采用耦合的諧振子模型解釋了耦合的光學(xué)納米天線的物理機(jī)制。在單顆粒的寬帶光學(xué)納米天線研究中，主要結(jié)合電荷分布和多極子展開(kāi)的分析方法探討了近場(chǎng)與遠(yuǎn)場(chǎng)頻譜響應(yīng)差異的機(jī)理，數(shù)值研究了光學(xué)納米天線對(duì)低量子效率的熒光分子的自