金屬等離子體納米結(jié)構(gòu)對光的調(diào)控研究.pdf

1、金屬納米結(jié)構(gòu)因其在光波段的等離子體共振效應(yīng)而使其光響應(yīng)特性完全不同于金屬體材料，并使其在眾多科學(xué)和工程領(lǐng)域中有著重要應(yīng)用。本論文圍繞金屬納米結(jié)構(gòu)在人工電磁超材料和納米光子學(xué)這兩個領(lǐng)域中的應(yīng)用開展研究。在將金屬納米結(jié)構(gòu)應(yīng)用于超材料的研究中，將金屬納米結(jié)構(gòu)作為單元結(jié)構(gòu)構(gòu)造光波段超材料，調(diào)控人工材料的光響應(yīng)參數(shù);在將金屬納米結(jié)構(gòu)應(yīng)用于納米光子學(xué)領(lǐng)域的研究中，將金屬納米結(jié)構(gòu)作為納米光學(xué)天線，調(diào)控納米發(fā)光體的發(fā)光特性。
　　首先提出了一種基

2、于耦合金屬納米環(huán)的新型雙負(fù)負(fù)折射率超材料結(jié)構(gòu)設(shè)計。這種新型設(shè)計可以在可見光波段甚至近紫外波段工作，而且品質(zhì)因子遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于當(dāng)時的可見光負(fù)折射率超材料。該設(shè)計填補(bǔ)了低損耗雙負(fù)負(fù)折射率材料在綠光、藍(lán)光、紫光和近紫外波段的空白，可在包括超分辨成像在內(nèi)的超材料應(yīng)用領(lǐng)域中發(fā)揮作用。
　　還設(shè)計了一種新型的介質(zhì)-金屬復(fù)合諧振環(huán)（Hybrid Ring Resonator，HRR）磁響應(yīng)納米諧振腔。HRR可以在短至近紫外的短波波段構(gòu)造可均勻化的磁響

3、應(yīng)超材料。研究中提出了環(huán)形納米諧振腔模型，并將全介質(zhì)磁響應(yīng)諧振腔、傳統(tǒng)開口諧振環(huán)（Split-Ring Resonator，SRR）磁響應(yīng)諧振腔和設(shè)計的介質(zhì)-金屬復(fù)合諧振環(huán)（HRR）磁響應(yīng)諧振腔這三類諧振腔歸納到環(huán)形納米諧振腔模型框架內(nèi)，對應(yīng)環(huán)形納米諧振腔模型中的三種共振類型。提出的新型諧振腔設(shè)計以及環(huán)形納米諧振腔模型的構(gòu)建和分析對于磁響應(yīng)納米諧振結(jié)構(gòu)的設(shè)計具有啟發(fā)意義。
　　研究中，首次在單金屬條上發(fā)現(xiàn)了反對稱等離子共振模式。發(fā)

4、現(xiàn)只要形成介質(zhì)-金屬-介質(zhì)（Insulator-Metal-Insulator，IMI）納米三明治結(jié)構(gòu)，單金屬條就能支持反對稱的等離子共振模式。利用數(shù)值模擬和波導(dǎo)諧振腔模型分析，揭示了IMI納米三明治結(jié)構(gòu)中高折射率介質(zhì)層在反對稱等離子共振模式形成中起到的關(guān)鍵作用。將IMI納米三明治結(jié)構(gòu)應(yīng)用于構(gòu)造超材料，實現(xiàn)藍(lán)光至近紫外波段的磁響應(yīng)。IMI納米三明治結(jié)構(gòu)中反對稱模式的發(fā)現(xiàn)以及波導(dǎo)諧振腔模型建模分析對于等離子體振蕩模式的理論研究具有啟發(fā)意義

5、;而IMI納米三明治結(jié)構(gòu)所特有的短波磁響應(yīng)特性使其在磁響應(yīng)超材料構(gòu)造以及磁偶極躍遷調(diào)控方面具有潛在應(yīng)用價值。
　　在納米光源發(fā)光調(diào)控研究中，開發(fā)了基于單量子點(diǎn)熒光探針的納米天線場增強(qiáng)譜定量測量方法。該實驗工作的關(guān)鍵是開發(fā)高穩(wěn)定性的量子點(diǎn)熒光探針以及高精度構(gòu)建量子點(diǎn)與納米光學(xué)天線的耦合體系。在高量子效率的量子點(diǎn)外包覆了二氧化硅膜層，從而實現(xiàn)了高穩(wěn)定性的單量子點(diǎn)熒光探針;利用本論文開發(fā)的基于輕敲模式的原子力顯微鏡納米操縱技術(shù)，實現(xiàn)了單