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文檔簡介
1、當(dāng)材料的尺寸進(jìn)入微納尺度后,所形成的微納結(jié)構(gòu)處于微觀分子和宏觀物質(zhì)的過渡區(qū)域,出現(xiàn)很多新奇效應(yīng),例如,表面效應(yīng)、局域場效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等。這些效應(yīng)使得微納材料表現(xiàn)出特異的力、熱、光、電、磁特性。對于微納材料新奇特性的研究,是光物理研究的重要方向之一,同時也進(jìn)一步促進(jìn)了微納材料的發(fā)展。微納材料根據(jù)形成方式的不同,可以分為兩類,一類為人工結(jié)構(gòu)材料,例如通過光刻的方式制備的超材料(metamaterials)以及光子晶體(
2、photonic crystal)等。這些人工材料中存在一類新的共振形式,叫做Fano共振。另一類為,自然界中存在的天然結(jié)構(gòu)材料,它們在微觀上具有周期性結(jié)構(gòu),引起特異的光電性質(zhì),例如某些蝴蝶的翅膀、孔雀羽毛的顏色等,其顏色不是體內(nèi)化合物所引起的,稱為結(jié)構(gòu)色。
本文主要研究了微納結(jié)構(gòu)的人工材料中Fano共振效應(yīng)和自然材料中蝴蝶翅膀所存在具有虹彩效應(yīng)的結(jié)構(gòu)色。本文主要從以下五個方面展開了研究。
第一章,介紹了金屬表面等離
3、子體、超材料、Fano共振、顏色和結(jié)構(gòu)色的概念,概述了這些研究方向的背景知識和主要研究進(jìn)展。
第二章,針對微納人工結(jié)構(gòu)中觀察到的Fano共振,采用MATLAB軟件進(jìn)行理論計(jì)算和擬合,對Fano共振和Lorentz共振之間的參數(shù)關(guān)系和互相轉(zhuǎn)換做了分析研究,揭示出Fano共振的頻率和線寬跟Lorentz振子的耦合系數(shù)之間的關(guān)系。當(dāng)Lorentz振子的本征頻率發(fā)生變化時,F(xiàn)ano參數(shù)也發(fā)生明顯的轉(zhuǎn)換。研究結(jié)果表明通過在超材料和金屬納
4、米材料中對Lorentz共振的設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)控制Fano共振的產(chǎn)生,相關(guān)的研究成果已在Optical and Quantum Electronics發(fā)表。
第三章,提出基于金屬銀材料的月牙橢圓盤結(jié)構(gòu)(Nano-crescent elliptical disk,NCED)模型,采用商用軟件COMSOL進(jìn)行模擬,觀察到局域電場增強(qiáng)的多極Fano共振。研究橢圓結(jié)構(gòu)幾何尺寸和周圍介電常數(shù)的改變對多極Fano共振的影響。對模擬結(jié)果進(jìn)行分析
5、和擬合,結(jié)果顯示多極模式的局域電場增強(qiáng)因子與橢圓盤的短軸和結(jié)構(gòu)的環(huán)境折射率成線性函數(shù)關(guān)系。多極Fano共振的研究進(jìn)一步促進(jìn)了多極Fano共振的模擬、非線性光學(xué)響應(yīng)、生物化學(xué)傳感和光子器件的發(fā)展,相關(guān)的研究成果已經(jīng)撰寫成文,已投EPL。
第四章,選取綠帶翠鳳蝶為測量樣品,研究了其閃亮后翅結(jié)構(gòu)色的產(chǎn)生機(jī)理和偏振特性。借助電子掃描電鏡和宏觀變角度測量系統(tǒng),對它的虹彩色進(jìn)行光譜測量,結(jié)構(gòu)分析和理論計(jì)算,討論了蝴蝶翅膀中微納結(jié)構(gòu)的反射、
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