表面等离激元波导传输特性及金属纳米阵列光学手性研究

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1、分类号０４３６密级公开学号Ｂ１３１５０ＭＡ＾＾Ｋ＾ＳＨＡＡＮＸＩＮＯＲＭＡＬＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ题目表面等离激元波导传输特性及金属纳米阵列光学手性研究作者张永元指导教师张中月教授—级学科名称物理学二级学科名称光学提交日期二Ｏ—八年五月学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行研宂工作所取得的研究成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研宂成果，也不包含本人或他人已申请学位或其他用途使

2、用过的成果。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。一切相关的法律责本学位论文若有不实或者侵犯他人权利的，本人愿意承担任。作者签名：张永Ｌ曰期：年ｆ月曰ｙ学位论文知识产权及使用授权声明书本人在导师指导下所完成的学位论文及相关成果，知识产权归属陕西师范大学。本人完全了解陕西师范大学有关保存、使用学位论文的规定，允许本论文被査阅和借阅，学校有权保留学位论文并向国家有关部门或机构送交论文的纸质版和电子版，有权将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存和汇编本论文。本人保证

3、毕业离校后，发表本论文或使用本论文成果时署名单位仍为陕西师范大学。保密论文解密后适用本声明。作者签名：杯木ｔ曰期：年ｙ月ｙ曰摘要表面等离激元（ｓｕｒｆａｃｅｐｌａｓｍｏｎｓ，ＳＰｓ）是金属表面的自由电子的集体振荡。贵金属纳米颗粒表面自由电子的集体振荡，产生不能传播的电荷密度波，称为局域的ｃａｌｉｚｅｄＳｕｒｆａｃｅＰｌａｓｍｏｎＬＳＰ）。ＬＳＰ能够实现局域电场增强表面等离激元（Ｌｏ，提高，许多光学过程的效率，在表面增强光谱、生物传感等方面有着广泛的应用。沿着金属和介质之间的界面传输的表面等离激元，称为表面等离极化激元（Ｓｕｒ

4、ｆａｃｅＰｌａｓｍｏｎＰｏｌａｒｉｔｏｎｓ，ＳＰＰｓ）。ＳＰＰｓ能够突破传统的光的衍射极限，实现亚波长尺度的光信息传输与处理，从而作为信息载体在纳米光子集成回路中显示出巨大的应用潜力。本文应用有限元方法（ＦＥＭ），研究了表面等离激元波导的传输特性及金属纳米阵列的光学手性响应。主要研宄工作如下：１，、本文设计了十字结构银纳米线波导研宄了该波导结构在可见光波段Ｕ＝５３２ｎｍ）所支持的几种模式的ＳＰＰｓ的分束特性，讨论了十字结构银纳米线波导端面的几何参数对不同模式的ＳＰＰｓ的分束特性的影响。数值计算结果表明：不同模式ＳＰＰｓ的有效折射率、传

5、播长度、有效模式面积强烈地依赖于十字结构银纳米线波导端面的几何参数。此外不同模式的ＳＰＰｓ在十字结构三个分支的分束特性强烈地依赖于十字结构银纳米线波导端面的几何参数。研究还发现由于不同模式的ＳＰＰｓ的叠加，在十字结构的分支上出现了周期性电场分布，电场分布的周期依赖于十字结构银纳米线波导端面的几何参数。这种十字结构的ＳＰＰｓ银纳米线波导在光互联、纳米光子集成冋路领域内具有潜在的应用价值。２、本文设计了Ｖ形银纳米线复合型波导，研宄了该波导结构在通讯光波段＝ＰＰ（／Ｌ１５５０ｎｍ）ＳＰｓ的传输特性，讨论了复合波导的几何参数对ＳＰｓ的传输特

6、性的影响：该复合型波导能够实现较小的有效模式面积和较。数值计算结果表明长的传播长度，光场的强局域性是由于Ｖ形银纳米线尖端的场增强以及金属斜面的侧向约束。此外，ＳＰＰｓ的有效折射率、传播长度、有效模式面积强烈地依赖于Ｖ形银纳米线的几何参数，通过计算ＳＰＰｓ电场能量在二氧化硅、金属银和半导体衬底硅中的分布分析了该复合型ＳＰＰｓ波导的传输特性与Ｖ形银纳米线的几何参数的依赖关系。３二氧化硅介质衬底上的周期性非手性Ｌ、本文提出了放置于形金属纳米阵“”列，研宄了该非手性金属纳米阵列在斜入射圆偏振光照射下外在手性的圆二色性（ＣｉｒｃｕｌａｒＤｉｃ

7、ｈｒｏｉｓｍ，ＣＤ）效应，讨论了入射光的入射方向以及Ｌ形金属纳米１结构的几何参数对ＣＤ效应的影响：入，。数值计算结果表明射光斜入射时非手性Ｌ形金属纳米阵列能够实现较宽频带的ＣＤ效应，并且其ＣＤ效应是可调的：ＣＤ效应的大小和符号强烈地依赖于入射光的入射方向。此外该金属纳米阵列的ＣＤ效应光谱频带范围依赖于Ｌ形金属纳米结构的几何参数。因此，这种能够实现可调谐ＣＤ效应的简单的平面结构，易于被成熟的平面制造技术制备。这些结果对设计宽频带圆偏振片具有一定的参考价值。４一、本文提出了种金属纳米棒与Ｓ形金属纳米结构组合的