金属纳米圆柱形周期结构的散射特性研究

发布时间：2017-10-01 09:19

  本文关键词：金属纳米圆柱形周期结构的散射特性研究

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【摘要】：随着现代光子学及纳米科学的迅速发展,光学元器件不断向集成化与小型化发展。金属纳米结构的表面等离子激元具有使金属与自由空间交界处场强的局域增强的效应,从而可以突破光的衍射极限,实现对光波传输的控制。由于纳米结构的光学特性不仅由材料特性、尺寸大小和周期结构决定,还与激励源的波长有关,故对纳米光子学的研究与一般电磁学的研究方法也有所差异。本文将着重介绍呈圆柱形层状分布的纳米线周期模型。本文首先构建了单层圆柱形纳米线周期模型,应用边界条件方法建立单根纳米线入射场与散射场之间的关联T矩阵,通过Graf加法定理实现求解全局坐标系下圆柱形纳米线模型的近场分布,并仿真计算该结构的近场分布特性,以此验证了此理论模型的正确性。在对金属-介质纳米线周期结构模型的研究中,利用Lorentz Drude-模型确定金属(Ag)的相对介电常数与入射波长的对应关系,选取合适的激励波长,观察并分析近场分布特性,从公式的理论推导入手,分析圆柱形周期结构产生表面等离子共振的三种原因:(1)纳米线模型的材料特性;(2)多根纳米线模型的几何构型及相互之间的耦合作用;(3)层状阵列之间的干涉影响。并通过计算散射截面和吸收截面分析此周期结构的远场散射特性。最后在研究单层结构纳米线模型的基础上,通过精确而严格的公式计算与推导,建立了多层金属-介质纳米线周期结构理论模型,以两层金属-介质纳米线结构为例,分析其近场分布及远场散射特性,进一步表征了多层状周期性结构具有方向性与“传导性”,为设计和制造光学天线、太阳能电池等光学器件提供了理论依据。
【关键词】：纳米光子学 表面等离子体共振 圆柱形周期结构 散射特性
【学位授予单位】：南京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG111;TB383.1
【目录】：

• 致谢3-4
• 摘要4-5
• abstract5-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 课题研究目的及意义9-10
• 1.2 课题研究背景10-12
• 1.2.1 表面等离子体的研究背景10
• 1.2.2 金属纳米线结构的特性及研究现状10-12
• 1.3 本文的主要内容与结构安排12
• 1.4 本章小结12-13
• 第二章 表面等离激元光子学13-23
• 2.1 引言13
• 2.2 表面等离子激元光子学13-18
• 2.2.1 表面等离子激元的特性及分类13-14
• 2.2.2 表面等离子共振(SPR)相关参数14-16
• 2.2.3 表面等离子体的激发和耦合16-18
• 2.3 表面等离子体的数值分析方法18-20
• 2.3.1 有限差分法19
• 2.3.2 有限元法19
• 2.3.3 等效折射率法19
• 2.3.4 柯西积分法19-20
• 2.4 表面等离子激元的应用价值20-22
• 2.5 本章小结22-23
• 第三章 单层纳米线圆柱形周期性结构的近场理论分析23-31
• 3.1 引言23
• 3.2 单层圆柱形周期性结构纳米线建模23-30
• 3.2.1 单层纳米线圆柱形周期性结构的近场理论分析23-25
• 3.2.2 边界条件（Boundary Condition）25-26
• 3.2.3 Graf加法定理26-28
• 3.2.4 单层纳米线圆柱形周期性结构的近场分布28-30
• 3.3 本章小结30-31
• 第四章 单层金属-介质纳米线圆柱形周期性结构近、远场理论分析31-45
• 4.1 引言31
• 4.2 单层金属-介质纳米线圆柱形周期结构的近场理论31-39
• 4.2.1 Drude-Lorentz模型31-32
• 4.2.2 单层圆柱形周期结构的金属-介质纳米线建模32-39
• 4.3 单层金属-介质纳米线圆柱形周期结构的远场理论分析39-43
• 4.3.1 散射截面与吸收截面39-41
• 4.3.2 单层金属-介质纳米线模型的远场特性分析41-43
• 4.4 本章小结43-45
• 第五章 层状金属-介质纳米线圆柱形周期性结构的散射特性研究45-59
• 5.1 引言45
• 5.2 层状圆柱形周期性结构的金属-介质纳米线建模45-53
• 5.2.1 层状纳米线圆柱形周期性结构的近场理论分析45-48
• 5.2.2 两层金属-介质纳米线周期结构近场理论48-50
• 5.2.3 两层金属-介质纳米线周期结构近场分布50-52
• 5.2.4 周期性结构旋转角对近场分布的影响52-53
• 5.3 两层金属-介质纳米线圆柱形周期结构的远场特性分析53-55
• 5.3.1 两层金属-介质纳米线周期结构模型的散射截面与吸收截面53-54
• 5.3.2 层状圆柱形周期结构的半径对纳米线系统的影响分析54-55
• 5.4 层状圆柱型周期结构的方向性与传导性特性分析55-56
• 5.5 多层圆柱形周期结构纯金属纳米线近场分布56-57
• 5.6 转换矩阵的维度对近场分布的影响57-58
• 5.7 本章小结58-59
• 第六章 总结与展望59-60
• 6.1 全文总结59
• 6.2 工作展望59-60
• 攻读学位期间发表的学术论文60-61
• 参考文献61-64

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 王韬;屈新萍;;湿法腐蚀硅片并生长氧化锌纳米棒作为太阳能电池减反层研究[J];无机材料学报;2013年04期

2 乔正阳;刘非拉;肖鹏;乔雷;杨艳南;房红琳;张云怀;;一维贵金属纳米材料的控制合成与应用[J];化工进展;2012年10期

3 陈远铭;曾瑞淮;;铜纳米线熔化过程的分子动力学模拟[J];赣南师范学院学报;2007年06期

4 徐剑;贺跃辉;王世良;高麟;;一维金属纳米材料的制备技术[J];粉末冶金材料科学与工程;2006年01期

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本文编号：952650