18624.基于表面等離激元的金屬復合納米結(jié)構(gòu)設計及光學特性研究

1、分類號：O436密級：學校代碼：10414學號：2012160007碩士研究生學位論文碩士研究生學位論文基于表面等離激元的金屬復合納米結(jié)構(gòu)設計及光學特性研究基于表面等離激元的金屬復合納米結(jié)構(gòu)設計及光學特性研究Designresearchonopticalpropertiesofmetalliccompoundnanostructuresbasedonsurfaceplasmons張向楠張向楠院所：物理與通信電子學院導師姓名：劉桂強學科專

2、業(yè)：光學工程研究方向：微納米光功能材料二○一五年五月I摘要表面等離激元（SurfaceplasmonsSPs）是指在金屬和介質(zhì)交界面由于自由電子和光子的相互作用而形成的一種電磁場表面倏逝波模式包括沿金屬與介質(zhì)界面?zhèn)鞑サ谋砻娴入x極化激元（Surfaceplasmonpolaritons，SPPs）和局域在金屬納米顆粒及表面微結(jié)構(gòu)的局域表面等離激元（Localizedsurfaceplasmons，LSPs）兩種模式。金屬納米結(jié)構(gòu)由于表面等

3、離激元的激發(fā)，能夠?qū)⒆杂锌臻g的光輻射能量有效耦合到高度受限的表面模式，從而在金屬表面納米尺度范圍內(nèi)形成極大增強的局域場，這導致了許多光學效應得到顯著增強，如拉曼散射、光透射、光催化等，也產(chǎn)生了很多新奇的物理現(xiàn)象，如增強光透射、Fano共振、亞波長光局域等。共振的表面等離激元因具有光子學的速度和電子學的尺度，可克服衍射極限，能夠在亞波長結(jié)構(gòu)中對光進行約束和操控，所以被認為是替代電子、光子的極具前途的信息載體。表面等離激元對金屬納米結(jié)構(gòu)的形

4、狀、材料、尺寸和介電環(huán)境等因素的高度敏感性，為操控金屬納米結(jié)構(gòu)的光學性質(zhì)創(chuàng)造了有利條件。現(xiàn)有納米精密加工技術的發(fā)展，使得許多新型的金屬納米結(jié)構(gòu)及納米光子器件得以設計和制備。所以金屬納米結(jié)構(gòu)在生物光子學、亞波長集成光學、生物化學探測等許多領域得到了廣泛的應用。1998年，Ebbesen等率先發(fā)現(xiàn)光通過孔洞陣列銀薄膜結(jié)構(gòu)會產(chǎn)在異常光透射現(xiàn)象（Extradinaryopticaltransmission，EOT），基于表面等離激元的共振激發(fā)和

5、耦合而導致的增強光透射效應引起了大家廣泛的關注。利用金屬納米結(jié)構(gòu)實現(xiàn)增強光透射的特性，有利于實現(xiàn)新型的光電器件如濾波器、透明導體、光耦合器，傳感器和新型光源等。在本論文中，我們設計了六種金屬復合納米結(jié)構(gòu)，研究了這些結(jié)構(gòu)的增強光透射性能，并探索了這些結(jié)構(gòu)在光學傳感領域的應用。主要的研究工作和成果如下：1介紹了表面等離激元的發(fā)展歷史、種類、內(nèi)在機理以及相關物理特征，如色散關系、激發(fā)方式、傳播方式及應用，這是本文的理論基礎。2主要介紹了金屬薄