纳米棒聚合体Fano共振及基于偏振态折射率传感研究

摘要

金属纳米结构的局域表面等离激元共振能将入射场能量很好的局限在纳米结构的表面，可突破光的衍射极限，故近些年来受到人们极大的关注。其中金属纳米棒形状具有各向异性，纵向共振对长径比的变化非常敏感，同时金属纳米棒的制备具有很好的可控性（化学合成、表面刻蚀等），人们尤为重视对它的研究。金属纳米颗粒聚合体通过在空间上的排列设计，能够通过近场耦合形成模式杂化，产生具有超辐射模式的明态及弱辐射模式的暗态。明态和暗态的相消干涉更可形成法诺共振效应。法诺共振能够降低系统的辐射衰减，使光谱更加精细，并且使局域场强增大，在生物传感等方面有重要应用。尽管利用法诺共振可以降低体系辐射衰减，然而由于金属纳米结构非辐射损耗的存在，降低了生物传感应用中灵敏度。
　　本文首先设计了金属纳米棒构成的聚合体结构，利用纳米颗粒之间的耦合产生了法诺共振效应；同时我们也提出一种基于偏振态的折射率传感方法，提高了传感灵敏度。主要工作为：
　　（1）研究了金纳米棒和两个偶极纳米天线构成的纳米棒复合结构产生的双重法诺共振现象。分析了消光光谱，近场分布和电荷分布，对法诺共振的形成原因进行了讨论。分析了结构参数变化对法诺共振处调制深度和光谱移动的调制，这些研究结果可用于指导金纳米棒复合结构作为纳米光子器件的优化设计。
　　（2）基于偏振态折射率传感的方法，对L型纳米棒和纳米棒二聚体的透射场的椭圆率的倒数的光谱进行分析，形成尖锐共振峰的线宽非常窄，计算得到品质因子超过1700。并且对传感器的性能指标体折射率敏感度和表面敏感度进行了分析。对比于利用偏振态方法的铁磁纳米颗粒，基于等离子激元纳米结构的传感器的性能极大的提高。

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第一章 绪论

1.1课题来源与意义

1.2国内外研究现状

1.3论文的整体构架

第二章 金属表面等离激元共振与法诺共振简介

2.1 局域表面等离激元共振

2.2 法诺共振

2.3 时域有限差分法

2.4 本章小结

第三章 金纳米棒复合结构的Fano共振现象

3.1 金纳米棒复合结构的双重Fano共振

3.2 间距G变化对法诺共振的调制

3.3 间距D变化对法诺共振的调制

3.4 纳米棒长度L3变化对法诺共振的调制

3.5 本章小结

第四章 金纳米棒结构的偏振态折射率传感器

4.1 L型金纳米棒偏振态传感器

4.2 纳米棒二聚体偏振态传感器

4.3 对比铁磁纳米颗粒

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文