表面等离激元的Fano共振_Spaser特性及在单分子探测方面的应用

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1、2018届研究生博士学位论文分类号：学校代码：10269密级：学号：52142000004____________________________EastChinaNormalUniversity博士学位论文DOCTORALDISSERTATION论文题目：表面等离激元的Fano共振/Spaser特性及在单分子探测方面的应用院系：精密光谱科学与技术国家重点实验室专业：光学研究方向：纳米光学指导教师：贾天卿教授学位申请人：郑春杰2018年5月28日DissertationforDoctor‘sDegreein2018UniversityCode:10269StudentNumber:52142

2、000004EastChinaNormalUniversityTitle：TheoreticalstudyonFanoresonance/SpaserforthedetectionofsinglemoleculesandsinglenanoparticlesDepartment:StateKeyLaboratoryofPrecisionSpectroscopyMajor:OpticsResearchField:Nano-OpticsSupervisors:Prof.TianqingJiaCandidate:ChunjieZhengMay,2018华东师范大学学位论文原创性声明郑重声明：本

3、人呈交的学位论文《表面等离激元的ａｎｏ共振／Ｓｐａｓｅｒ特性及在单分ｊ子探测方面的应用》，是在华东师范大学攻读硕士／博＾青勾选）学位期间，在导师的指导下进行的研究工作及取得的研宄成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研宄做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。作者签名：減：別方年ＪＴ月夕曰、曰期华东师范大学学位论文著作权使用声明《表面等离激元的Ｆａｎｏ共振／Ｓｐａｓｅｒ特性及在单分子测方面的应用》系本人在华ｇ东师范大学攻读学位期间在导师指导下完成的硕士勾选）学位论文，本论文的研宄成

4、果归华东师范大学所有。本人同意华东师范大学根据相关规定保留和使用此学位论文“”，并向主管部门和相关机构如国家图书馆、中信所和知网送交学位论文的印刷版和电子版；允许学位论文进入华东师范大学图书馆及数据库被查阅、借阅；同意学校将学位论文加入全国博士、硕士学位论文共建单位数据库进行检索，将学位论文的标题和摘要汇编出版，采用影印、缩印或者其它方式合理复制学位论文。本学位论文属于（请勾选）经华东师范大学相关部门审查核定的“，，“，，（）〗．内部或涉密学位论文于月日解密，解密后适用上述授权。ｆ不保密，适用上述授权。导师签名盡本人签名＃年ｊｒ月和曰＊“”

5、涉密学位论文应是己经华东师范大学学位评定委员会办公室或保密委员会审定过的学位论文（需附获批的《华东师范大学研宄生申请学位论文“涉密”审批表》方为有效），未经上述适部门审定的学位论文均为公开学位论文。此声明栏不填写的，默认为公开学位论文，均用上述授权）。郑春杰博士学位论文答辩委员会成员名单姓名职称单位备注王治国教授同济大学主席张敬涛教授上海师范大学赵全忠研究员上海光机所刘军研究员上海光机所刘金明研究员华东师范大学张诗按研究员华东师范大学冯东海研究员华东师范大学内容摘要内容摘要表面等离极化激元是一种局域在金属/介质表面的自由电子和光子相互作用形成的混合激发态。由于电磁能量在纳米尺

6、度局域振荡，其波长可以远小于真空中相应电磁波波长，是突破传统光学衍射限制的关键。因其具有强局域电场，大光热转换效率及丰富光谱响应等特点，因此在非线性光学、纳米激光、生物传感、超快动力学、太阳能电池等领域有巨大的应用前景，并促进了一门新兴学科—等离激元光子学的诞生。本论文主要研究了具有Fano共振特性的纳米结构耦合效应性质和等离激元纳米激光（plasmonicnanolaser）spaser特性，同时把该效应用于无标记单分子探测方面，主要研究成果有以下几个方面：1.给出了3维纳米月牙结构的窄线宽Fano共振产生原理，并将之应用于无标记单分子探测。Fano共振产生于月牙结构的横向四极和沿着尖端纵

7、向偶极的干涉，依赖入射光的极化角、结构间隙宽度和高度。当3维纳米月牙结构高度为30nm时，Fano线宽只有10nm。窄线宽的主要原因在于尖端的偶极模式高度重叠于月牙的四极模式从而导致的强窄共振暗态吸收。计算结果表明，Fano共振对于捕获的纳米颗粒很灵敏，当月牙结构捕获半径2.5nm的蛋白质-5时，Fano共振移动4.03nm，比实验探测精度（10nm）高5个数量级。我们的结构为未来提供了一种有效实时无标记单分