活性银纳米管及其二聚物的表面等离激元受激辐射放大特性研究

发布时间：2017-11-29 20:19

  本文关键词：活性银纳米管及其二聚物的表面等离激元受激辐射放大特性研究

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【摘要】：金属纳米颗粒与结构由于其表面等离激元所具有的出色的近场增强,强烈的散射和突破衍射极限的能力,在生物化学传感、表面增强拉曼散射、生物医学和光电子器件等领域得到广泛应用。在金属纳米颗粒或结构附件引入增益材料,增益介质将能量传递给表面等离激元模式,进而形成表面等离激元受激辐射放大(SPASER),产生超强的光学出射和超大的近场增强,因而在纳米激光、表面增强光谱技术、人工超材料和新型光子器件等领域具有巨大的潜在应用。本文采用Mie散射理论和有限元方法,研究了椭圆截面银纳米管、银纳米管及其二聚物结构的SPASER特性,讨论了结构参数、入射光偏振条件等因素的变化对上述结构SPASER特性的影响,并对其物理机制进行了详细阐述。主要研究内容及结果如下:(1)基于有限元分析的方法研究了椭圆截面银纳米管的SPASER特性。研究发现,在平行偏振和垂直偏振条件下,当内核增益介质的增益系数分别达到各自的临界值时,在两者的散射光谱中均产生了表面等离激元超共振。在平行偏振条件下,椭圆截面银纳米管实现超共振时的SPASER增益阈值大于垂直偏振情况。我们进一步研究了两种偏振情况下,纳米管壳层厚度对SPASER增益阈值和共振波长的影响。随着壳层厚度变薄,两种偏振条件下的共振波长均出现红移。但是,平行偏振条件下的SPASER增益阈值逐渐减小,而垂直偏振条件下的SPASER增益阈值将逐渐增大。最后,我们发现在45°角偏振条件下,随着增益阈值的增加,在两处临界波长位置分别出现超共振,产生双频SPASER现象。(2)应用Mie散射理论和有限元方法研究了活性银纳米管及其二聚物结构的SPASER特性。研究发现,在活性银纳米管结构中,当活性内核增益系数增大到临界值时,将产生表面等离激元超共振。相似的SPASER现象同样被发现存在于在活性银纳米管二聚物结构中。在活性银纳米管二聚物中,由于银纳米管间的强耦合,导致其达到超共振时的增益系数阈值将大于单一银纳米管情况。在活性银纳米管超共振位置处,其间隔位置热点区域的表面增强拉曼光谱增强因子最高可达8×1018,其足以满足单分子检测的要求。我们进一步研究了纳米管二聚物间距对增益阈值和共振波长的影响,我们发现随着二聚物间间距的逐渐增大,相应超共振的SPASER增益阈值将逐渐降低,而共振波长由于耦合效应减弱和内核介电常数增加形成的竞争机制,导致共振波长先红移后蓝移。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1

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本文编号：1237995