表面等離激元的應(yīng)用研究在生物、化學(xué)、材料、醫(yī)學(xué)以及能源等領(lǐng)域一直扮演著重要的角色。其中,基于表面等離激元共振的傳感器的研究一直是當前研究的熱點。傳感器應(yīng)用研究的重點在于如何提升傳感器的傳感性能,本論文通過研究局域表面等離激元共振和介質(zhì)波導(dǎo)模式的耦合以及超構(gòu)材料中由金屬襯底增強的磁偶極子共振效應(yīng),獲得了高靈敏度的生物傳感器,對基于表面等離激元共振的傳感器應(yīng)用研究具有重要意義。論文首先對表面等離激元的基礎(chǔ)理論進行闡述,分別介紹了局域表面等離激元、表面等離極化激元以及表面等離激元學(xué)的一些應(yīng)用。其次,介紹了表面等離激元金屬納米結(jié)構(gòu)傳感器的原理和類型,以及電磁計算模擬方法。最后,本論文創(chuàng)新性地提出了兩種基于表面等離激元共振的生物傳感芯片的設(shè)計方案。論文內(nèi)容主要包括以下兩個方面:1、提出通過將金屬納米顆粒陣列置于介質(zhì)波導(dǎo)層上可以實現(xiàn)具有高靈敏度的生物傳感器。我們研究表明,當調(diào)節(jié)金屬納米顆粒陣列的周期使介質(zhì)波導(dǎo)層中傳播的波導(dǎo)模式的位置與金屬納米顆粒的局域表面等離激元共振位置重合時,兩者將發(fā)生強烈的耦合從而在透射光譜中形成一個具有非對稱線型的Fano共振。在Fano共振位置處,該傳感器獲得很高的折射率... 

【文章來源】：南京郵電大學(xué)江蘇省

【文章頁數(shù)】：52 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

金屬納米顆粒的局域表面等離激元示意圖

圖 1.2 金屬納米結(jié)構(gòu)表面等離極化激元據(jù)上圖我們同樣可以看出表面等離激化激元傳播過程中能量的不斷衰減，根據(jù)波矢可以得出表面等離極化激元的傳播距離。設(shè)波矢量為 ，則有： =12 ( )。面等離極化激元的場強會在沿著金屬和介質(zhì)的分界面的傳播過程中呈指數(shù)型減弱，界面上是局限在一定區(qū)域的，表現(xiàn)出高度的局域性，傳播距離也只在幾十微米之內(nèi)面，這樣的特性也使得表面等離極化激元能量會集中在金屬表面，不會向外輻射。些研究在嘗試提高表面等離極化激元的傳播距離。面等離激元的應(yīng)用面等離激元的應(yīng)用領(lǐng)域主要涉及了生物、化學(xué)、材料以及能源等領(lǐng)域，這主要是因離激元不光能夠帶來巨大的電磁場增強，還具有突破衍射極限、電場能量束縛、可擇性的光散射、可以進行傳播等優(yōu)點。表面等離激元在這些領(lǐng)域具體的應(yīng)用有：生

圖 2.1 開口諧振環(huán)發(fā)生磁共振時電流分布示意圖了金屬開口諧振環(huán)，金屬-介質(zhì)-金屬的“三明治”結(jié)構(gòu)同樣是實現(xiàn)磁偶極子共振的微結(jié)構(gòu)材料。這種“三明治”結(jié)構(gòu)是由成對的金屬納米棒中間夾一個介質(zhì)層組成，三明治”結(jié)構(gòu)中，當光垂直入射向金屬納米棒時，電場方向平行于金屬納米棒所在場垂直于入射方向和電場方向所在平面，激發(fā)局域表面等離激元共振，上面金屬納電子會發(fā)生流動，而成對的另一個金屬納米棒中的電子則發(fā)生反向流動，從而形成電流，產(chǎn)生電流振蕩，在金屬納米棒之間的區(qū)域產(chǎn)生磁偶極子共振[43]，如圖 2.2 所示金屬納米棒之間的介質(zhì)是空氣的話更有利于磁偶極子共振的激發(fā)，但現(xiàn)實應(yīng)用中難屬納米棒的懸空結(jié)構(gòu)，所以中間介質(zhì)一般采用二氧化硅材料。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Ultrasensitive terahertz metamaterial sensor based on vertical split ring resonators[J]. WEI WANG,FENGPING YAN,SIYU TAN,HONG ZHOU,YAFEI HOU.  Photonics Research. 2017(06)
[2]表面等離激元與磁表面等離激元[J]. 王振林,陳卓,唐超軍.  物理. 2012(10)
[3]表面等離激元——機理、應(yīng)用與展望[J]. 童廉明,徐紅星.  物理. 2012(09)
[4]表面等離激元研究新進展[J]. 王振林.  物理學(xué)進展. 2009(03)
[5]SPR生物傳感器在食品安全領(lǐng)域的應(yīng)用研究[J]. 王凱,殷涌光.  傳感器與微系統(tǒng). 2007(05)
[6]表面增強拉曼光譜的研究進展[J]. 任斌,田中群.  現(xiàn)代儀器. 2004(05)

博士論文
[1]表面等離激元納米光子學(xué)中的偏振態(tài)研究[D]. 謝玉波.南京大學(xué) 2016



本文編號：3057840