表面等離激元波導(dǎo)傳輸特性及金屬納米陣列光學(xué)手性研究

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1、分類號０４３６密級公開學(xué)號Ｂ１３１５０ＭＡ＾＾Ｋ＾ＳＨＡＡＮＸＩＮＯＲＭＡＬＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ題目表面等離激元波導(dǎo)傳輸特性及金屬納米陣列光學(xué)手性研究作者張永元指導(dǎo)教師張中月教授—級學(xué)科名稱物理學(xué)二級學(xué)科名稱光學(xué)提交日期二Ｏ—八年五月學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行研宂工作所取得的研究成果。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容和致謝的地方外，本論文不包含其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研宂成果，也不包含本人或他人已申請學(xué)位或其他用途使

2、用過的成果。對本文的研宄做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中作了明確說明并表示謝意。一切相關(guān)的法律責(zé)本學(xué)位論文若有不實(shí)或者侵犯他人權(quán)利的，本人愿意承擔(dān)任。作者簽名：張永Ｌ曰期：年ｆ月曰ｙ學(xué)位論文知識產(chǎn)權(quán)及使用授權(quán)聲明書本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下所完成的學(xué)位論文及相關(guān)成果，知識產(chǎn)權(quán)歸屬陜西師范大學(xué)。本人完全了解陜西師范大學(xué)有關(guān)保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，允許本論文被査閱和借閱，學(xué)校有權(quán)保留學(xué)位論文并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的紙質(zhì)版和電子版，有權(quán)將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用任何復(fù)制手段保存和匯編本論文。本人保證

3、畢業(yè)離校后，發(fā)表本論文或使用本論文成果時署名單位仍為陜西師范大學(xué)。保密論文解密后適用本聲明。作者簽名：杯木ｔ曰期：年ｙ月ｙ曰摘要表面等離激元（ｓｕｒｆａｃｅｐｌａｓｍｏｎｓ，ＳＰｓ）是金屬表面的自由電子的集體振蕩。貴金屬納米顆粒表面自由電子的集體振蕩，產(chǎn)生不能傳播的電荷密度波，稱為局域的ｃａｌｉｚｅｄＳｕｒｆａｃｅＰｌａｓｍｏｎＬＳＰ）。ＬＳＰ能夠?qū)崿F(xiàn)局域電場增強(qiáng)表面等離激元（Ｌｏ，提高，許多光學(xué)過程的效率，在表面增強(qiáng)光譜、生物傳感等方面有著廣泛的應(yīng)用。沿著金屬和介質(zhì)之間的界面?zhèn)鬏數(shù)谋砻娴入x激元，稱為表面等離極化激元（Ｓｕｒ

4、ｆａｃｅＰｌａｓｍｏｎＰｏｌａｒｉｔｏｎｓ，ＳＰＰｓ）。ＳＰＰｓ能夠突破傳統(tǒng)的光的衍射極限，實(shí)現(xiàn)亞波長尺度的光信息傳輸與處理，從而作為信息載體在納米光子集成回路中顯示出巨大的應(yīng)用潛力。本文應(yīng)用有限元方法（ＦＥＭ），研究了表面等離激元波導(dǎo)的傳輸特性及金屬納米陣列的光學(xué)手性響應(yīng)。主要研宄工作如下：１，、本文設(shè)計了十字結(jié)構(gòu)銀納米線波導(dǎo)研宄了該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)在可見光波段Ｕ＝５３２ｎｍ）所支持的幾種模式的ＳＰＰｓ的分束特性，討論了十字結(jié)構(gòu)銀納米線波導(dǎo)端面的幾何參數(shù)對不同模式的ＳＰＰｓ的分束特性的影響。數(shù)值計算結(jié)果表明：不同模式ＳＰＰｓ的有效折射率、傳

5、播長度、有效模式面積強(qiáng)烈地依賴于十字結(jié)構(gòu)銀納米線波導(dǎo)端面的幾何參數(shù)。此外不同模式的ＳＰＰｓ在十字結(jié)構(gòu)三個分支的分束特性強(qiáng)烈地依賴于十字結(jié)構(gòu)銀納米線波導(dǎo)端面的幾何參數(shù)。研究還發(fā)現(xiàn)由于不同模式的ＳＰＰｓ的疊加，在十字結(jié)構(gòu)的分支上出現(xiàn)了周期性電場分布，電場分布的周期依賴于十字結(jié)構(gòu)銀納米線波導(dǎo)端面的幾何參數(shù)。這種十字結(jié)構(gòu)的ＳＰＰｓ銀納米線波導(dǎo)在光互聯(lián)、納米光子集成冋路領(lǐng)域內(nèi)具有潛在的應(yīng)用價值。２、本文設(shè)計了Ｖ形銀納米線復(fù)合型波導(dǎo)，研宄了該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)在通訊光波段＝ＰＰ（／Ｌ１５５０ｎｍ）ＳＰｓ的傳輸特性，討論了復(fù)合波導(dǎo)的幾何參數(shù)對ＳＰｓ的傳輸特

6、性的影響：該復(fù)合型波導(dǎo)能夠?qū)崿F(xiàn)較小的有效模式面積和較。數(shù)值計算結(jié)果表明長的傳播長度，光場的強(qiáng)局域性是由于Ｖ形銀納米線尖端的場增強(qiáng)以及金屬斜面的側(cè)向約束。此外，ＳＰＰｓ的有效折射率、傳播長度、有效模式面積強(qiáng)烈地依賴于Ｖ形銀納米線的幾何參數(shù)，通過計算ＳＰＰｓ電場能量在二氧化硅、金屬銀和半導(dǎo)體襯底硅中的分布分析了該復(fù)合型ＳＰＰｓ波導(dǎo)的傳輸特性與Ｖ形銀納米線的幾何參數(shù)的依賴關(guān)系。３二氧化硅介質(zhì)襯底上的周期性非手性Ｌ、本文提出了放置于形金屬納米陣“”列，研宄了該非手性金屬納米陣列在斜入射圓偏振光照射下外在手性的圓二色性（ＣｉｒｃｕｌａｒＤｉｃ

7、ｈｒｏｉｓｍ，ＣＤ）效應(yīng)，討論了入射光的入射方向以及Ｌ形金屬納米１結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)對ＣＤ效應(yīng)的影響：入，。數(shù)值計算結(jié)果表明射光斜入射時非手性Ｌ形金屬納米陣列能夠?qū)崿F(xiàn)較寬頻帶的ＣＤ效應(yīng)，并且其ＣＤ效應(yīng)是可調(diào)的：ＣＤ效應(yīng)的大小和符號強(qiáng)烈地依賴于入射光的入射方向。此外該金屬納米陣列的ＣＤ效應(yīng)光譜頻帶范圍依賴于Ｌ形金屬納米結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)。因此，這種能夠?qū)崳崳姮F(xiàn)可調(diào)諧ＣＤ效應(yīng)的簡單的平面結(jié)構(gòu)，易于被成熟的平面制造技術(shù)制備。這些結(jié)果對設(shè)計寬頻帶圓偏振片具有一定的參考價值。４一、本文提出了種金屬納米棒與Ｓ形金屬納米結(jié)構(gòu)組合的