超材料二聚體的電磁特性及光學(xué)微操控.pdf

1、超材料二聚體是一種典型的超材料“原子”結(jié)構(gòu),常見(jiàn)的超材料二聚體是由貴金屬納米顆粒相鄰放置構(gòu)成的,并且與外電磁場(chǎng)作用時(shí)可以產(chǎn)生局域表面等離子共振?？刂茦?gòu)成二聚體顆粒間的距離可以調(diào)節(jié)表面等離子共振頻率以及空隙間的局域場(chǎng)強(qiáng)度,這一特點(diǎn)在實(shí)際應(yīng)用中可被用來(lái)設(shè)計(jì)納米光學(xué)天線,超靈敏的生物傳感器,可控的近場(chǎng)“光鑷”系統(tǒng)等。以往對(duì)超材料二聚體的研究多針對(duì)單個(gè)的二聚體系統(tǒng),很少有研究工作考慮到支撐二聚體的基底對(duì)二聚體本身電磁特性的影響,以及如何對(duì)基底上

2、的二聚體進(jìn)行光學(xué)微操控。另一方面,某些異質(zhì)結(jié)二聚體支持Fano共振,但目前還沒(méi)有對(duì)Fano共振如何影響二聚體光力的研究報(bào)道。
　　本文針對(duì)超材料二聚體研究現(xiàn)狀中存在的問(wèn)題,基于有限積分法(FIT)和Maxwell Stress Tensor(MST)曲面積分算法開(kāi)發(fā)了三維任意結(jié)構(gòu)的光力計(jì)算工具。將該方法得到的光力計(jì)算數(shù)據(jù)與其他不同算法得到的光力數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì),結(jié)果顯示我們的光力計(jì)算方案正確,計(jì)算精度高,特別對(duì)于幾種典型的模型光力結(jié)果

3、與基于洛倫茲力公式的離散偶極子算法(DDA-LF)所得到的結(jié)果偏差低于5％。然后研究了帶有金屬板基底的同質(zhì)結(jié)二聚體系統(tǒng),著重研究了發(fā)生表面等離子共振時(shí)的近場(chǎng)分布以及光力性質(zhì)。研究結(jié)果表明系統(tǒng)的表面等離子共振波長(zhǎng)res隨系統(tǒng)幾何參數(shù)明顯變化。數(shù)值結(jié)果顯示當(dāng)g和h遠(yuǎn)小于系統(tǒng)的共振波長(zhǎng)res?時(shí),納米棒間的光綁定力(Optical Binding Force, OBF)隨h增大而增大,而作用在納米棒上朝向平板的光力隨h增大而減小。另一方面當(dāng)繼