银纳米二聚体等离激元耦合及等离激元波导耦合研究

作     者：张建鑫 

作者单位：陕西师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李永放

授予年度：2021年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：金属纳米结构 等离激元耦合 等离激元波导 反交叉效应 谐振子耦合模型 

摘      要：文中主要研究了由金属纳米圆环与金属纳米棒组成的二聚体中的等离激元耦合,以及由矩形空腔所构建的表面等离激元波导间的相互作用。当两个金属粒子彼此接近时,它们的等离激元场将会重叠而发生耦合现象,从而导致等离激元模式发生变化。此外,在金属纳米粒子二聚体中等离激元的耦合过程会实现场的增强效应,这对于捕获单分子、实现表面增强拉曼散射等效应是至关重要的。由此可见,二聚体是研究等离激元耦合效应的基本单元。论文主要研究工作如下:1.纳米金属非对称二聚体的等离激元耦合与反交叉效应研究了一个由金属纳米圆环和金属纳米棒所组成的非对称二聚体的等离激元耦合。在光场的作用下,二聚体中的金属纳米圆环由于其自身的对称性,无论光场的偏振方向如何,它始终为明模式。但当金属纳米棒与偏振光方向相垂直时,纳米棒会受到纳米环的影响而产生暗模式。这时在金属纳米棒暗模式的影响下,金属纳米圆环的等离激元明模会分裂为两个模式;随着纳米棒长度的变化,两个分裂的模式呈非对称的反交叉形式;当纳米棒与线偏振光形成不同的夹角时,偏振光场在纳米棒的纵向分量会激发纳米棒产生明模式,同时又会受纳米环的影响而产生暗模式。为此我们研究了纳米环与纳米棒所产生的等离激元耦合现象。为了给数值计算结果一个清楚的物理解释,我们提出了 一个新的耦合物理量ΔΩ,即由于耦合的发生会导致独立振子的共振频率发生偏移,由此我们通过谐振子耦合模型和所建立的等离激元耦合（CPEP）模型,揭示出明模和暗模耦合是以库伦势和静电势影响下的耦合形式。该模型所得结果与数值计算结果吻合很好,并给出了很好的物理解释。2.表面等离激元波导研究了一个由空气纳米矩形空腔与金属银结构构成的表面等离激元波导结构,基于有限元方法的运用对结构进行仿真模拟。通过改变结构间的不同参数,观察透射光谱图与电场分布图,得到不同的等离激元波导耦合现象与透射谷分裂现象,观察到了明暗模之间的相互作用。并运用原子能级系统在光场作用下产生EIT的机理,对其做相关的物理现象给与了解释。文中所得结果对于深入了解波导结构中等离激元间的相互作用与作用原理有着重要意义,对其进一步的应用具有重要参考价值。