典型纳米结构非局域化光学特性的研究

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1、万方数据摘要随着科学技术和实验技术的发展，纳米结构材料的可加工，纳米结构因其表面特有的表面等离激元特性而越来越受到人们的关注。尤其纳米结构的表面等离子体能反应其光学特性。在外加激励源情形下，金属中的自由电子与空气表面发生共振而引起表面等离激元(SPP)。而等离子体光学就是基于金属纳米结构中传导电子与电磁辐射交互作用而引起的一种低于波长尺度的近场光学增强效应。在实际应用中如太阳能电池，由于金属特殊的光学特性，能够在一定条件下激励出表面等离子体激元引起共振现象，通过改变金属薄膜厚度、周围介质和金属的周期性结构等参数，都可以大幅度提高纳米薄膜的电磁透射效率。在其他方面其应用也越来越广泛，例如

2、在生物传感器、近场显微技术和表面局域和近场增强特性，超分辨成像以及纳米级的光电器件制造等领域。本文的研究工作主要是围绕基于表面等离子体共振，在不同的贵金属纳米结构的表面产生的局域和非局域化光学特性。本文主要分为以下三个内容：首先介绍研究的背景，并介绍了表面等离子体和纳米结构的光学特性参数等基本理论概念。其次主要介绍了计算贵金属纳米结构光学特性的数值仿真算法，着重介绍了时域有限差分算法(FDTD)的基本原理和基本方法。引入了模拟贵金属介电常数的几种模型，通过采用Drude和Lorentz模型，对贵金属的介电常数进行拟合。介绍了贵金属纳米结构的局域(10cal)和非局域(nonlocal)

3、的特性。结合FDTD算法，在不同介电常数模型下，得到了电场和磁场的具体差分公式，并利用后处理技术得出吸收截面、散射截面和消光截面。最后主要研究不同结构下贵金属纳米结构的local和nonlocal性质。首先研究了不同厚度下的金属薄膜的传输、反射和吸收特性；其次讨论不同纳米线结构和柱纳米线和三角形纳米线之间耦合下的local和nonlocal特性；最后讨论核壳模型下，不同尺寸和周围介质对贵金属纳米结构消光截面的影响。关键词：等离子体；纳米结构：时域有限差分法：消光截面万方数据AbstractAbstractWiththedevelopmentofscienceandexperimenta

4、ltechnology,nanostructurematerialsCallbefabricatedandhavegainedinterestforstrongsurfaceplasmonproperties．Especiallythesurfaceplasmonpropertiescanreflecttheopticalcharacteristicsofnanostructures．Inthecaseofexternalexcitationsource，surfaceplasmonpolariton(SPP)modesareoriginatedfromtheresonantexcit

5、ationofthefreeelectrosinthemetal-dielectricinterface．Plasmaopticsisanear-fieldopticalenhancementeffect，anditiscausedbythemetalnanostructuresconductionelectronsinteract淅tllelectromagneticradiation．Inpracticalapplicationssuchassolarcells．theSPP,simulatedbythespecialopticalpropertiesofmental，hasmad

6、eresonancephenomenon，whichCangreatlyimprovetheefficiencyoftransmissionthroughchangingthethicknessofmentalfilms，thesurroundingmediumandtheperiodicstructureparameters．Itsapplicationsarebecomingmoreandmorewidelyinotheraspects，suchassurfaceboundedeffectandlocalizednear-fieldenhancement，biosensors，su

7、per-resolutionimagingandoptoelectronicdevicesinnanoscale．Basedonthesurfaceplasmon，themainworkisthelocalandnonlocalpropertiesofdifferentnanostructures．Thispaperisdividedintothefollowingthreecontents：Firstly,theresearchbackgro