本文關鍵詞：金納米多聚體表面等離激元光學捕獲

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【摘要】：金屬納米結構的表面等離激元(Surface Plasmon Polaritons,SPPs)是電子的集體激發,類似于波的振蕩行為。利用其在金屬表面產生局域電磁場增強和突破衍射極限的性質可將其應用到光學捕獲上,可稱為表面等離子體光學捕獲。基于局域表面等離激元的光學捕獲大大促進了光學捕獲的發展,使光學捕獲從微米尺度跨越到了納米尺度。金屬納米結構的局域表面等離激元電磁場增強在極大程度上依賴于金屬的納米結構和入射光波,進一步影響其在光學捕獲上的應用。本文主要研究了不同的金屬納米結構產生的不同的表面等離激元局域電磁場增強,以及不同的金屬納米結構對光學捕獲的影響,金屬納米結構主要包括金四邊形四聚體、金五邊形四聚體、金六邊形四聚體以及金三角形四聚體和金三角風車結構。同時還進一步研究了不同的入射光波長和不同的偏振光對表面等離基元局域電磁場增強的和光學捕獲的影響。本文中采用的主要研究方式為有限時域差分的方法(finite-difference time-domain(FDTD)method),通過數值模擬準確計算金屬表面及四周空間的電磁場分布、透射譜、反射譜、吸收譜等,通過進一步數據分析即可得到與光學捕獲相關的光力光勢等結果。通過數值模擬得到的金屬表面電磁場分布和相應的光力顯示金屬納米多聚體的邊數對微小介質球的捕獲效率有著明顯的影響,其中四邊形四聚體的局域表面等離基元共振增強最為明顯,對微小介質球的捕獲能力相對于五邊形四聚體和六邊形四聚體更強。介質球的直徑大小也影響著其在不同的金屬納米結構中被捕獲的情況。最終實現一定波長在一定位置對一定的小球進行選擇性的捕獲,可進一步應用于對溶液中的微小納米球的操控。還可以通過改變入射光的偏振方向來改變三角形納米四聚體的捕獲位置。也可以利用非左右對稱性較大的三角形風車結構對左右旋圓偏振光的響應來操控粒子。相對于傳統的光學捕獲,表面等離基元光學捕獲突破了衍射極限,利用不同的金屬納米結構實現對微小粒子的選擇性操控,在物理化學和生物醫藥中有著重大的意義。
【關鍵詞】：表面等離激元捕獲 局域表面等離激元共振 多邊形四聚體 光學捕獲
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.1
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 緒論8-23
• 1.1 引言8-9
• 1.2 表面等離激元9-14
• 1.2.1 表面等離激元的產生和發展9-11
• 1.2.2 表面等離激元的特性11-13
• 1.2.3 表面等離激元的激發和電磁場增強13-14
• 1.3 光鑷14-17
• 1.3.1 光學操控的發展14-15
• 1.3.2 表面等離激元光鑷15-17
• 1.4 表面等離激元的電磁計算方法17-18
• 1.4.1 解析法17
• 1.4.2 半解析法17-18
• 1.4.3 數值法18
• 1.5 FDTD Solution簡介18-19
• 1.6 表面等離激元及光學捕獲的發展現狀19-22
• 1.7 本文研究的主要內容及創新之處22-23
• 1.7.1 本文主要研究內容22
• 1.7.2 本文的創新之處22-23
• 2 金屬納米多聚體的表面等離激元特性23-33
• 2.1 計算方法簡介23-24
• 2.2 模型簡介24-26
• 2.3 計算結果及討論26-32
• 2.3.1 電磁場分布及增強26-27
• 2.3.2 電場梯度分布及光力27-29
• 2.3.3 粒子大小和光波長的影響29-32
• 2.4 本章小結32-33
• 3 金三角納米四聚體的線偏光捕獲特性33-40
• 3.1 模型簡介33-34
• 3.2 結果討論34-39
• 3.2.1 電場密度分布34-35
• 3.2.2 光力和勢阱的計算方法35-36
• 3.2.3 光力分布及對粒子的捕獲作用36-39
• 3.3 本章小結39-40
• 4 金三角納米多聚體風車結構的旋光捕獲特性40-52
• 4.1 模型簡介40-41
• 4.2 金三角納米多聚體的旋光特性41-45
• 4.3 角度以及間距對旋光的影響45-50
• 4.4 本章小結50-52
• 5 總結與展望52-54
• 致謝54-55
• 參考文獻55-58
• 附錄58
• A. 攻讀學位期間發表論文與獲獎情況58

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