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表面等离激元光子学研究:从经典电磁体系到量子体系

陈立  
【摘要】:表面等离子体激元振荡是光致激发的金属表面自由电子集体振荡的行为。由于其突破传统光学衍射极限并对局域电磁场有极大的增强作用,为高密度集成微纳光学器件、拉曼光谱增强分子信号探测、高灵敏传感等应用领域提供了可能。表面等离激元光子学能得到广泛重视的一个重要原因是其激发、传导以及增强等特性强烈依赖于金属纳米结构的材料属性、大小形貌以及环境介质,这为我们微纳光学器件设计提供了自由广阔的空间。本文通过理论计算和实验探测相结合的方式,研究不同纳米结构体系下的表面等离子体光学特性及其潜在应用,包括螺旋结构的表面等离激元手性、银纳米线传导特性以及针尖增强拉曼散射的研究。 本论文主要分为五个部分,一、表面等离激元的基本知识介绍;二、金属纳米颗粒的表面等离子体共振特性,及其在传感和手性上的应用。我们从实验和理论上证明了在远场耦合的情况下,合理设计的螺旋形纳米棒线性链依然能够得到较强的手性特征,我们还研究发现了大尺寸单纳米米核壳结构中局域表面等离激元共振峰对介质壳层的指数性依赖;三、我们研究了表面增强拉曼光谱和针尖增强拉曼散射系统中的电磁场增强特性,并首次发现了针尖增强光谱中的非线性效应;四、我们分析了银纳米线上的表面等离激元模式及其传导,分别分析了包括银纳米线在均匀介质中、带有衬底以及带有壳层的情况;五,表面等离激元体系中的量子效应,研究了金属颗粒二聚体在极小间隙时候的量子隧穿效应下的表面等离激元共振特性。


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