银纳米线表面等离子体激元的调控及抑制荧光闪烁的应用

摘要

贵金属表面等离子体激元，由于可以突破传统光束的衍射极限，在多个领域有着新颖的应用，如增强拉曼散射，生物标记与检测，表面等离子体激光器等等，近年来引起了国内外的广泛关注。其中，银纳米线表面等离子体激元由于独特的结构和光学性质吸引了更多的眼球。由于激发条件要求高，传输损耗较常见的光信息传输方式要大，因此人们对于表面等离子体激元的调控及应用手段还不成熟，总的来说，银纳米线表面等离子体激元的研究还处于初级阶段，还需要更多的理论与实验的研究。
　　据此，本文对银纳米线表面等离子体激元进行了实验结合理论的研究，旨在探索银纳米线表面等离子体激元的微观调控以及应用，主要的研究内容和结论如下：
　　（1）采用有限元分析法研究了周围介电环境对银纳米线表面等离子体激元的能量局域，能量热点，传播长度和耦合距离的影响。研究发现，均匀介电环境中的银纳米线表面等离子体激元能量分布均匀，高介电环境下，能量局域强而传播长度短；非均匀的介电环境下，表面等离子体激元会产生能量热点，并且这些热点分布在折射率大的材料和纳米线的交界面上。此外，介电环境无论均匀与否都影响双根纳米线的耦合距离。
　　（2）设计并搭建激光-光纤耦合光路，用熔融拉锥法制备光纤锥，近场激发实现银纳米线表面等离子体波导。通过改变纳米线与光纤锥的角度，研究了氧化铟锡表面上银纳米线表面等离子体导光耦合效率与激发角度的依赖关系。实验结果表明，当光纤锥与纳米线之间的夹角为0°时，激发光与银纳米线表面等离子体激元的耦合效率最高，当光纤锥与纳米线之间的夹角为90°时，耦合效率最低。
　　（3）设计并搭建共聚焦显微成像系统，研究银纳米线表面等离子体激元对量子点荧光的影响，并比较了CdSe/ZnS量子点荧光的闪烁行为在玻璃片、单根银纳米线和双根银纳米线上的区别。实验发现，单根银纳米线与双根银纳米线的存在对CdSe/ZnS量子点闪烁现象都有抑制作用，且双根银纳米线相比于单根银纳米线，抑制效果更强。我们把双根银纳米线的这种行为归结为双根纳米线之间的能量热点提供的多余热电子对纳米晶非辐射中心的占据。实验还观察到表面等离子体激元增强荧光强度的现象。该实验结果提供了一种通过表面等离子体激元的电场热点来抑制量子点闪烁的方法。