材料物理报告纳米光子学

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1、纳米光子学（Nanophotonics）材料物理课程报告1什么是纳米光子学？Thestudyofthebehaviorof light oropticsonthe nanometer scale.Theinteractionoflightwithparticlesorsubstances,atdeeplysubwavelength lengthscales.身边的纳米光子学NanotechnologyinRomanTimes:TheLycurgusCupPlasmonsofgoldnanopart

2、iclesinglassreflectgreen,transmitred.Copyright：Pro.Qiu,PhysicsdepartmentofSoutheastUniversity2IridescentcolorsonbutterflywingsareduetoPhotonic-Crystals.i.e.StacksofNanoscaleGratings纳米光子学的研究领域Nanoscaleconfinementofmatter:Controlofopticalresonance,local

3、interactions,excitationdynamicsandenergytransfer等离子激原光子学（Plasmonics）e.g.表面增强拉曼散射(Surface-enhancedRamanSpetroscopy)表面增强荧光(Surface-enhancedFluorescence)拉曼显微分析仪和荧光光谱仪3NonocsalephotoprocessesControlofspatialconfinementofphotochemicalandphotophysicalproces

4、ses纳米制备Nanofabrication纳米光子器件Nanoscaledeviceandnanosensors纳米光子学的研究领域4NanoscaleconfinementofradiationControlofpropagationpropertiesofradiationanditsinteractionwithmatter近场光学显微镜(Nearfieldopticalmicroscopy)扫描隧道显微镜(Photonscanningtunnelingmicroscopy)纳米光子学的研

5、究领域5等离子体光学（Plasmonics）SurfacePlasmons金属表面的空穴，束缚空气中的电子，形成等离子体等离子电场，受表面纳米形态控制，形成局域性电场6表面等离子激原的性质在垂直于界面的方向场强呈指数衰减;作用区间有限，电场强度与界面距离密切相关能够突破衍射极限制作近场显微镜的前提条件具有很强的局域场增强效应(HotSpots)导致了表面增强拉曼和表面增强荧光科学的诞生7等离子体光学的发展与应用Plasmonics“Plasmonics”一词最早由斯坦福大学的MarkL.Brong

6、ersma教授于提出，加州理工学院HarryA.Atwater教授认为这一领域的研究将促进全新类型设备的问世，于2000年将这一新兴学科正式命名“plasmonics”。MarkL.BrongersmaHarryA.Atwater8应用：表面等离子体光波导（Surface-plasmonwaveguides)表面等离子激元在导体和绝缘体的界面上传播，而在垂直于表面的方向，其强度随它离表面的距离呈指数减小。等离子体光学的发展与应用Waveguides9应用：非线性光学（nonlinearoptics

7、）表面等离子激元将光的能量聚集引起电场强度的增强（Hotspots）产生非线性现象e.g.纳米光学开关nano-opticalswitch等离子体光学的发展与应用NonlinearOpticsTips：什么是非线性光学？介质折射率随入射光强发生变化！可以应用于光学倍频，激光器Schematicofnano-opticalswitch10应用：光子晶体(photoniccrystal)&左手材料（Left-handedmaterial)折射率周期性变化的绝缘材料控制光子运动等离子体光学的发展与应用P

8、hotoniccrystal三维左手特异性材料微波人造黑洞11东南大学毫米波国家重点实验室崔铁军教授合作研制成功“隐身衣”，独立制作出可吸收微波频段的“黑洞”。弹性散射和非弹性散射.与原入射光频率相同：瑞利散射少量的比激发光波短，比激发光波长的成分,这种现象称为拉曼效应RamanandFluorescence12RamanSpectrum光穿过透明介质被分子散射的光发生频率变化，这一现象称为拉曼散射RamanSpectrumStrikingthesample,thelaserbea