基于纳米天线阵列结构的光学捕获和输运技术研究

发布时间：2017-08-21 04:12

  本文关键词：基于纳米天线阵列结构的光学捕获和输运技术研究

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【摘要】：光镊是在生物实验室中经常被用到的一种工具,它被广泛应用于捕获和操控生物细胞、胶状材料等微小粒子。但受制于光的衍射极限,传统意义上的光镊难以操控尺寸比光波长小的纳米尺度的粒子。而基于金属表面等离子体效应的光学操控方法,得益于其电子共振产生的强大的梯度场,可以用于实现纳米尺度微粒的稳定的光学捕获。在此基础上,通过对微纳等离子金属结构的独特设计,可以在一定范围内实现对纳米尺寸粒子的稳定输运。本论文设计了一种包含四对长度递增的金天线的微纳阵列结构,可以通过改变入射光的波长,使每一对天线交替达到共振状态,继而使得纳米尺度的粒子能够在相邻天线的共振场之间实现一定距离内的稳定输运。本论文的工作主要包括以下两个方面：(1)设计了包含四对长度递增的金纳米天线的阵列结构,使得这四对金纳米天线有不同的等离子体共振波长。通过有限元方法仿真发现,四对天线之间存在着相互耦合和抑制的作用,在共振波长处表现的尤为明显,这样的光学特性使得此结构适合应用于粒子输运。(2)在已设计结构的基础上,对于粒径为90nm的粒子,利用有限元方法仿真计算,结合麦克斯韦应力张量法,计算其在各个位置处的受力情况,判断其运动轨迹,描述粒子能够被稳定输运的范围。通过对束缚势阱的计算,证明粒子可以克服布朗运动的影响,实现一定范围内的稳定输运。
【关键词】：金纳米天线阵列 光学捕获 粒子输运
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN820.15
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 传统光镊的概念、发展及局限性9-11
• 1.2 基于金属表面等离子共振效应的光学捕获11-13
• 1.3 选题内容和章节安排13-14
• 第二章 理论基础14-27
• 2.1 金属自由电子气的Drude模型14-16
• 2.2 等离子体振荡16-21
• 2.3 麦克斯韦应力张量法及光力的势阱计算21-23
• 2.4 电磁场仿真方法23-26
• 2.4.1 计算机模拟和有限元法简介23-25
• 2.4.2 仿真误差及精确性25-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第三章 金纳米天线阵列结构的设计27-37
• 3.1 单个金纳米天线结构27
• 3.2 金纳米天线阵列结构27-35
• 3.2.1 金天线长度对场增强的影响29-30
• 3.2.2 金天线厚度对场增强的影响30-31
• 3.2.3 金天线宽度对场增强的影响31
• 3.2.4 金天线中间区域的间隔对场增强的影响31-32
• 3.2.5 相邻两对天线之间的间隔对场增强的影响32-35
• 3.3 金纳米天线阵列结构的仿真35-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第四章 纳米尺度粒子受力和势阱分析37-49
• 4.1 粒子位于阵列结构中间线时的情况37-41
• 4.2 粒子偏离阵列结构中间线时的情况41-42
• 4.3 对于粒子被稳定捕获范围的描绘42-47
• 4.4 本章小结47-49
• 第五章 总结与展望49-51
• 5.1 工作总结49-50
• 5.2 展望50-51
• 致谢51-52
• 参考文献52-56
• 作者简介56

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本文编号：710740