金属纳米棒阵列的三阶光学非线性和光致发光特性研究

《金属纳米棒阵列的三阶光学非线性和光致发光特性研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号学号D201177041学校代码10487密级博士学位论文金属纳米棒阵列的三阶光学非线性和光致发光特性研究学位申请人：马宗伟学科专业：无线电物理指导教师：韩俊波研究员答辩日期：2016年5月21日万方数据AdissertationsubmittedtoHuazhongUniversityofScienceandTechnologyfortheDegreeofDoctorofPhilosophyinPhysicsInvestigationoftheThird-OrderOpticalNonli

2、nearityandPhotoluminescentPropertiesofMetallicNanorodArraysPh.D.Candidate：ZongweiMaMajor：RadioPhysicsSupervisor：Prof.JunboHanHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,430074,P.R.ChinaMay21,2016万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

3、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：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

4、位论文。本论文属于保密□，在年解密后适用本授权书。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：年月日万方数据论文创新点1.系统研究了用电化学方法制备的Au纳米线阵列的雪崩光发射在不同外部激发条件下的光谱和发光强度的时域变化特性，提出并验证了雪崩光发射的表面等离激元辅助黑体辐射模型，结束了多年来关于金属纳米结构雪崩式光发射机制的争论。2.利用Z扫描方法研究了含7nm间隙的金属纳米棒阵列膜的三阶光学非线性响应，发现该结构表现出极大的宽带非线性极化率和品质因子，

5、且与相同结构的Au、Ag样品相比，Al样品在360-500nm波段具有显著的优越性，可以作为未来紫外增强基底和器件的重要候选材料。3.在Al基底上AAO模板支持的Au纳米棒阵列样品中用较低功率的兆赫兹脉冲激光激发出了表面等离激元增强的超连续光产生，通过对该超连续光产生和雪崩式光发射从物理机制和行为方式上进行区分，认为此类结构中的超连续光产生在未来集成光学器件有重要应用价值。万方数据华中科技大学博士学位论文摘要近年来表面等离激元杂化理论模型的建立和不断完善，以及分立偶极近似（DDA）和时域有限差分（

6、FDTD）等数值计算方法的应用，使人们得以从理论上研究纳米结构中表面等离激元相关的各种特性，并同实验结果作对比，从而揭示纳米结构各种宏观性质的微观机理。光克尔、瞬态吸收光谱等实验手段的应用也不断加深着人们对其中各种微观过程的理解。为了进一步揭示金属纳米结构内某些尚不明确的物理过程的发生机制，并为将来设计和制造性能更加优异的光电子器件奠定基础，本文在介绍表面等离激元杂化物理模型的基础上，结合FDTD电磁仿真，针对金属纳米棒/线阵列结构中的光学非线性进行了以下几个方面的研究：1.研究了不同形状的金（A

7、u）纳米颗粒、纳米棒单体的表面等离激元共振吸收和近场分布等特性，并研究了相互作用的单体之间以及纳米结构单体与平整金属表面之间相互作用方式。利用表面等离激元的杂化在亚10nm间隙结构内制造表面等离激元热点（hot-spot）并进行有效的激发，可以在热点处实现强烈的局域场增强，并用来增强材料的非线性光学响应和光致发光强度。2.多孔阳极氧化铝（AAO）模板支持的Au纳米线阵列结构中的两种光致发光行为研究。首先，在剥除Al基底的Au纳米线阵列雪崩式光发射研究中，首次观察到了发光强度在阈值功率密度附近的“回

8、线”结构，以及不同激发功率密度和挡光时间下发光强度在百毫秒尺度上的动态变化。提出了以表面等离激元辅助的黑体辐射来解释雪崩式光发射机制的模型，并通过光谱的蓝移和以Planck黑体辐射公式计算的辐射强度增强规律对该模型进行了论证。之后对未剥除Al基底的的Au纳米棒阵列结构中的超连续光产生所做的初步研究表明，Au纳米棒的存在能够大大增强AAO模板的超连续光产生。其寿命尺度表现出明显的超快特性，揭示出两种宽带发光现象背后截然不同的物理本质。这一研究也同时证明了黑体辐射解释的正确性，并说明可