表面等离激元基础.ppt

《表面等离激元基础.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、TheFoundationOfSPPs李伟2014.2.24ContentsPart2ThedispersionrelationofSPPsPart3TheexcitationofSPPsPart1ThebasicconceptOfSPPsPart1ThebasicconceptOfSPPsPlasmaoscillation表面等离子体近似认为离子不动，电子相对于离子做往回运动等离子体内电子的集体振荡振荡频率：上式中，n是电子浓度，m是电子质量Surfaceplasmaoscillations金属表面电子浓度的起伏形成表面等

2、离子振荡振荡频率：SPPs表面等离子体Surfaceplasmonpolaritonsareelectromagneticexcitationspropagatingattheinterfacebetweenadielectricandaconductor,evanescentlyconfinedintheperpendiculardirection.Theseelectromagneticsurfacewavesariseviathecouplingoftheelectromagneticfieldstooscillati

3、onsoftheconductor’selectronplasma.TheclassificationofSPPs表面等离子体1.局域的表面等离激元(LocalizedSurfacePlasmon,LSP)对于金属纳米颗粒,等离子振动的位置固定,其中的等离子共振模式被称作局域化表面等离子共振。这种模式由纳米颗粒中的吸收光激发,吸收带被称作Plasmonbands。2.传导的表面等离激元，又称表面等离极化激元(SurfacePlasmonPolariton,SPP)在金属纳米薄膜与介质的界面上激发的表面等离激元，可以沿着薄膜远

4、程传播。LSP表面等离子体图a在共振状态下半径为10nm的金属纳米颗粒表面的光场分布情况LSP表面等离子体图b共振状态下半径为10nm的理想金属纳米颗粒的表面电场分布图共振波长在555nm左右ThedifferencebetweenLSPandSPP表面等离子体1.两者的色散关系不同，SPP是一种表面的传播场，而LSP是依托于某种表面结构的局域电磁场振荡，具有一系列分立的、复数的频率，是由产生LSP的表面微结构的尺度形状决定2.LSP振荡可以由合适的频率和偏振的光来激发，与激励光的波矢无关，而SPP的激发则要求激励光的频率和

5、波矢都要和SPP匹配LSPandSPPcanbetransformedintoeachother在粗糙的表面，LSP和SPP的频率接近LSP振荡可以激励SPP，SPP也可以激发LSPLSPSPP能量转换LSP和SPP之间能量的转换，对于SPP的激励起着重要作用。因为LSP不要求波矢匹配，通过LSP来激发SPP效率更高，提高了表面结构对于SPP的散射作用TwodistinctivelycharacteristicsofSPPs表面等离子体金属表面的自由电子和光波产生共振相互作用，决定了表面等离子波的独特特性SPPs有两个明显的

6、特征：（1）SPPs在传播方向上具有比光波大的传播波矢（即更短的波长）（2）在与传播方向垂直的方向上是倏逝场=E0exp(ikspx-kz

7、z

8、)，ksp=2π/λsp，λsp是表面等离激元的波长。(c)金属/电介质界面的SPPs的示意图(d)电磁场强度随着离界面距离增加而衰减Part2ThedispersionrelationofSPPs表面等离子体如图a所示，金属和介质的分界面在z=0处，εd是介质的介电常数，εm是金属的介电常数。SPPs沿X方向传播，考虑它分别以TE波和横磁波TM两种不同的偏振模式在界面上传播。电场垂

9、直于图中的XOZ平面是TE波，磁场垂直于图a中的XOZ平面是TM波。图e金属和介质的分界面ThedispersionrelationofSPPs表面等离子体LetusfirstlookatTEsolutions.Forz>0：ForZ<0：式中，A，B代表电场强度的振幅；k代表X方向的波矢；c表示真空中的光速；分别为两个区域中沿Z轴方向的波矢，且和介电常数有如下关系：根据界面处切向电场分量和磁场分量相等的边界条件，得到：在的实部都是正数的情况下，不难得到A=B=0。因此，TE波不能存在于图e所示的结构中。Thedispers

10、ionrelationofSPPs表面等离子体ThenwelookatTMsolutions.Forz>0：Forz<0：TherequirementofcontinuityofHandEleadsto：ThenwegetthedispersionrelationofSPPsofMetal