贵金属纳米颗粒阵列的双光子诱导荧光特性研究

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1、分类号学号M201170120学校代码10487密级硕士学位论文贵金属纳米颗粒阵列的双光子诱导荧光特性研究学位申请人：刘司洋学科专业：凝聚态物理指导教师：陆培祥教授答辩日期：2014.01.21万方数据ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofScienceTwo-photonInducedLuminescencePropertiesofNobleMetalNanoparticlesArrayCandidate:LiuSiyangC

2、ondensedMatterMajor:PhysicsSupervisor:Prof.LuPeixiangHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaJanuary,2014万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名

3、：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日万方数据华中科技大学硕士学位论文摘要纳米尺度的贵金属材料因其具有表面等离子体及非线性光学性质在纳米光子器件、光学

4、传感及生物成像等领域都有广泛的应用前景。贵金属纳米颗粒的光学性质对颗粒尺寸、表面形貌、颗粒间距及周围介电环境十分敏感。因此通过改变这些条件可以达到调制纳米材料的光学性质，从而实现不同纳米光子器件的功能。本论文主要研究了二维周期性的金和银周期纳米颗粒阵列的光学性质，利用紫外-可见分光光度计测试了退火处理、颗粒尺寸及颗粒间距对材料光吸收率的影响，并自通过自带建的光学平台测试了800nm飞秒激光激发下金纳米颗粒阵列的荧光光谱，讨论了金属光致发光的机理。论文的主要研究内容如下：（1）结合纳米球刻蚀和脉冲激光沉积两种技术，在石英衬底上制备了一系列尺寸不同的二维

5、贵金属（金、银）纳米颗粒阵列，另外在聚二甲基硅氧烷（PDMS）衬底上制备得到了颗粒间距离可调的二维贵金属（金、银）纳米颗粒阵列。通过扫描电子显微镜（SEM）及原子力显微镜（AFM）观测了聚苯乙烯小球掩模板和贵金属纳米颗粒的表面形貌及厚度。（2）通过紫外-可见分光光度计对贵金属纳米颗粒在可见光波长附近进行光吸收性测量，获得了金、银纳米颗粒阵列分别在430nm、580nm左右由表面等离子体共振（SPR）引起的光吸收峰。通过对贵金属纳米颗粒阵列进行退火处理，改善了颗粒的致密性，光吸收峰增强。（3）研究了二维金纳米颗粒间距对表面等离子共振的影响：表面等离子体

6、共振峰随着金纳米颗粒间距的减小而发生明显红移。通过时域有限差分法（FDTD）计算了金纳米颗粒对的光吸收性，验证里实验中颗粒间距对表面等离子体共振峰影响的实验结果，另外模拟了单个金纳米颗粒、金纳米颗粒对及金纳米颗粒阵列中的发生表面等离子体振荡时的场分布，发现金纳米颗粒阵列中的场增强效应最为明显，这归因于颗粒间表面等离子体的耦合效应。（4）研究了尺寸为191nm的金纳米颗粒在800nm飞秒激光激发下的光致发光效I万方数据华中科技大学硕士学位论文应。分析不同功率激光激发下的荧光光谱表明，功率较低时金纳米颗粒阵列中单光子荧光为主，但随着激光功率的增加，及纳米

7、颗粒阵列中双光子荧光发光逐渐取代单光子荧光的主导地位。通过对不同尺寸(70nm,191nm)金纳米颗粒阵列的光谱研究发现，纳米颗粒阵列中的表面等离子体场增强会影响其光致发光的性质，并且场增强效应对双光子荧光效率的提升比对单光子荧光更加明显。关键词：纳米球刻蚀法贵金属纳米颗粒阵列表面等离子体基元耦合激光共聚焦显微双光子荧光II万方数据华中科技大学硕士学位论文AbstractDuetotheuniquesurfacePlasmon(SP)andnonlinearopticalproperties,thenoblemetalnanomaterialshav

8、ewidespreadapplicationprospectinnanophotonicdevices,op