纳米环二聚体中多重Fano共振的研究

摘要

金属纳米结构中局域表面等离子激元共振的现象在过去几十年中得到人们的极大关注。研究表明，金属纳米结构的光学性质取决于局域表面等离激元共振。而局域表面等离激元共振具有近场增强大、对外部环境变化敏感、可突破衍射极限等特性，在生物传感、表面增强拉曼散射、慢光传输、纳米天线、非线性增强等很多领域都有重要的应用前景。然而，随着颗粒尺寸的增大，辐射衰减极大增强，造成谱线线宽的增大，不利于上述应用性能的提高。
　　表面等离激元Fano共振是超辐射明态和弱辐射暗态之间的相消干涉所引起的。由于暗态的激发，可以有效抑制体系辐射衰减，形成精细的谱线，并增强近场，从而提高如生物传感质量因子等应用的性能。当体系具有多个弱辐射暗态，它们与超辐射明态的耦合可引起多重Fano共振的产生。利用多重Fano共振，可在多个波段同时调制光谱，降低辐射展宽，这对多波长传感等应用具有重要意义。本文提出暗态间的表面等离激元耦合是产生Fano共振的一种有效方法。根据等离激元杂化理论，暗态耦合将形成成键弱辐射模式和反成键弱辐射模式。当这两种杂化暗态与明态形成耦合，将在光谱中出现多重Fano共振的现象。
　　本文设计了一种由同心纳米环构成的二聚体共振腔结构。研究表明，在不破坏体系对称性的条件下，纳米环之间的相互作用可直接激发起四极共振模式，两个纳米环四极模式的耦合形成了成键弱辐射杂化模式，从而引起光谱中Fano共振的出现。当上述二聚体结构中两个内环向相同的方向偏移时，即当整个结构的对称性被打破后，还可激发起反成键弱辐射模式。成键弱辐射模式和反成键弱辐射模式的形成导致了双重Fano共振的产生。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的来源与意义

1．2 国内外研究现状

1．3 课题的成果特色

1．4 论文的整体构架

第二章 金属表面等离激元及Fano共振简介

2．1 局域表面等离激元

2．2 Fano共振

2．3 理论研究方法

2．3．1 等离激元杂化理论

2．3．2 时域有限差分法

2．4 本章小结

第三章 纳米环中的Fano共振

3．1 单个纳米环光学响应的研究

3．2 破坏体系对称性产生Fano共振

3．3 金属纳米颗粒聚合体产生Fano共振

3．4 本章小结

第四章 个人研究工作

4．1 设计思路

4．2 设计模型

4．3 模拟仿真部分

4．3．1 单个同心环腔结构的光学响应

4．3．2 两个对称同心环腔结构的光学响应

4．3．3 改变结构参数实现谱线整型

4．3．4 改变内环位置后的非同心环腔二聚体结构的光学响应

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 工作总结

5．2 未来的展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文