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《厦门大学》 2017年
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表面等离激元聚焦和谐振特性的调控研究

陈翠芸  
【摘要】:表面等离激元器件是当前纳米光学领域的研究热点。本文讨论了利用微纳结构调控表面等离激元场的方法,设计了实现表面等离激元耦合到光轴上多焦点聚焦以及线偏振光下聚焦旋转对称的超小焦点的透镜结构。另外还研究了利用周期结构调制半径为20nm的银纳米球颗粒局域表面等离激元共振(LSPR)的方法。提出了一个由像素化的纳米沟槽组成的透镜设计。它能够耦合表面等离激元波,实现在透镜光轴上聚焦多个焦点。通过控制纳米沟槽的x轴位置,调制表面等离激元的波前,可以获得理想的模式。透镜像素化的凹槽的位置经由模拟退火法优化获得。此设计实现了表面等离激元器件轴上聚焦两个焦点和聚焦三个焦点,并利用FDTD软件进行了模拟验证。另外成功构建了一个长景深聚焦透镜,其横向半宽能够在25个表面等离激元传播长度内保持不变。这一设计给出的几个特殊表面等离激元聚焦光场可以在多重成像、粒子操作、等离子芯片信号传输等领域得到潜在的应用,也为表面等离激元场分布的调控提供了新的思路,设计了一种三段式表面等离激元透镜,其透镜两侧倾斜波带片结构增加了有效数值孔径(NA),从而压缩了焦点半宽至1/3波长;同时当两个这种透镜相对放置时,只需要线偏振光场激发就能达到径向偏振光下获得一个近乎旋转对称的表面等离激元圆对称焦点。克服了传统表面等离激元透镜实现圆对称聚焦必须要用径向偏振的限制。在830 nm的入射光条件下,获得的圆对称焦点的横向和纵向半宽分别为315 nm和311 nm。最后探究了利用周期性阵列结构,调制半径为20 nm的银纳米球颗粒LSPR的方法。发现适当的周期性结构,可以将很难被尺寸,形状改变的直径小于50nm的纳米金属颗粒的LSPR谱峰,红移到特定的位置。这个调整范围可以达到200 nm-300 nm的波长。这是由于银纳米球颗粒附近的宽带LSPR被周期结构Wood异常产生的非辐射表面波调制,形成了一个Fano共振。宽带LSPR耦合成窄带Fano共振,线宽可以减小至几个纳米数量级。在Fano共振的峰值波长下,阵列内银纳米球表面的LSP增强。
【学位授予单位】:厦门大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TB383.1;TH74

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【参考文献】
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