光學納米天線的設計及應用.pdf

1、光學納米天線的出現(xiàn)極大地拓展了人們在近場亞波長范圍內(nèi)對光波的調(diào)控能力。本論文針對金屬和介質(zhì)光學天線的不同特點，用不同的方法進行了研究，并分別探索了它們在表面增強拉曼散射和法諾共振方面的應用。
　　首先，我們提出了一種周期性的金領(lǐng)結(jié)/金鏡雙波長光學納米天線，應用在長波數(shù)和hyper表面增強拉曼散射中。該結(jié)構(gòu)支持兩個局域等離子體共振模式，分別是電偶極子結(jié)合模式和磁偶極子模式。與已有的雙波長光學天線相比，它的優(yōu)勢在于兩個共振模式諧振頻率

2、獨立可調(diào)節(jié)且局域電場強度高。該雙波長光學天線可以同時增強拉曼激發(fā)和散射信號，因此對于長波數(shù)拉曼信號增強有特別大的優(yōu)勢。實驗中，我們測試了該結(jié)構(gòu)對于波數(shù)位于2960 cm-1的C-H拉曼散射信號的增強效果。將拉曼激發(fā)和散射同時增強的情況與僅有一個被增強的情況進行了對比，證實了雙波長結(jié)構(gòu)在長波數(shù)拉曼增強方面的優(yōu)勢。
　　其次，我們提出了三波長的金領(lǐng)結(jié)-金棒/金鏡的混合天線結(jié)構(gòu)。利用non-localized surface plasm

3、onic resonance(LSPR)與兩個局域等離子體共振模式之間的耦合，產(chǎn)生三個局域電場增強峰，可以用于同時增強拉曼激發(fā)、Stokes和anti-Stokes信號，對于研究激光致熱，分子振動泵浦等效應有重要的意義。引入金棒，對入射場的捕獲能力更強，因此天然地形成局域電場增強效果。對于磁偶極子共振模式，金棒還提高了該模式的激發(fā)效率，因此局域電場強度大大提高。對于非局域的等離子體共振模式，金棒引入了反射波，與直接激發(fā)的非局域等離子體表

4、面波形成干涉。調(diào)節(jié)金棒寬度，當干涉相長時，局域電場增強，反之，減弱。優(yōu)化金棒寬度，該三波長結(jié)構(gòu)對于Stokes和anti-Stokes信號的增強效果分別提高了大約22.8倍和3.6倍。
　　然后，我們利用耦合泄漏模理論研究一維硅納米線陣列中的法諾共振設計。首先推導出一維納米線陣列中的反射和透射方程，將光學響應和泄漏模本征值、相位聯(lián)系在一起。然后結(jié)合物理意義進行合理近似，推導出相位的表達式。研究發(fā)現(xiàn)改變一維納米線陣列的截面比率可以實