表面等离激元纳米结构的设计及其传感性能研究
发布时间：2021-03-01 18:14
表面等离激元的应用研究在生物、化学、材料、医学以及能源等领域一直扮演着重要的角色。其中,基于表面等离激元共振的传感器的研究一直是当前研究的热点。传感器应用研究的重点在于如何提升传感器的传感性能,本论文通过研究局域表面等离激元共振和介质波导模式的耦合以及超构材料中由金属衬底增强的磁偶极子共振效应,获得了高灵敏度的生物传感器,对基于表面等离激元共振的传感器应用研究具有重要意义。论文首先对表面等离激元的基础理论进行阐述,分别介绍了局域表面等离激元、表面等离极化激元以及表面等离激元学的一些应用。其次,介绍了表面等离激元金属纳米结构传感器的原理和类型,以及电磁计算模拟方法。最后,本论文创新性地提出了两种基于表面等离激元共振的生物传感芯片的设计方案。论文内容主要包括以下两个方面:1、提出通过将金属纳米颗粒阵列置于介质波导层上可以实现具有高灵敏度的生物传感器。我们研究表明,当调节金属纳米颗粒阵列的周期使介质波导层中传播的波导模式的位置与金属纳米颗粒的局域表面等离激元共振位置重合时,两者将发生强烈的耦合从而在透射光谱中形成一个具有非对称线型的Fano共振。在Fano共振位置处,该传感器获得很高的折射率...
【文章来源】：南京邮电大学江苏省
【文章页数】：52 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
金属纳米颗粒的局域表面等离激元示意图
图 1.2 金属纳米结构表面等离极化激元据上图我们同样可以看出表面等离激化激元传播过程中能量的不断衰减，根据波矢可以得出表面等离极化激元的传播距离。设波矢量为 ，则有： =12 ( )。面等离极化激元的场强会在沿着金属和介质的分界面的传播过程中呈指数型减弱，界面上是局限在一定区域的，表现出高度的局域性，传播距离也只在几十微米之内面，这样的特性也使得表面等离极化激元能量会集中在金属表面，不会向外辐射。些研究在尝试提高表面等离极化激元的传播距离。面等离激元的应用面等离激元的应用领域主要涉及了生物、化学、材料以及能源等领域，这主要是因离激元不光能够带来巨大的电磁场增强，还具有突破衍射极限、电场能量束缚、可择性的光散射、可以进行传播等优点。表面等离激元在这些领域具体的应用有：生
图 2.1 开口谐振环发生磁共振时电流分布示意图了金属开口谐振环，金属-介质-金属的“三明治”结构同样是实现磁偶极子共振的微结构材料。这种“三明治”结构是由成对的金属纳米棒中间夹一个介质层组成，三明治”结构中，当光垂直入射向金属纳米棒时，电场方向平行于金属纳米棒所在场垂直于入射方向和电场方向所在平面，激发局域表面等离激元共振，上面金属纳电子会发生流动，而成对的另一个金属纳米棒中的电子则发生反向流动，从而形成电流，产生电流振荡，在金属纳米棒之间的区域产生磁偶极子共振[43]，如图 2.2 所示金属纳米棒之间的介质是空气的话更有利于磁偶极子共振的激发，但现实应用中难属纳米棒的悬空结构，所以中间介质一般采用二氧化硅材料。
【参考文献】：
期刊论文
[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]表面等离激元与磁表面等离激元[J]. 王振林,陈卓,唐超军. 物理. 2012(10)
[3]表面等离激元——机理、应用与展望[J]. 童廉明,徐红星. 物理. 2012(09)
[4]表面等离激元研究新进展[J]. 王振林. 物理学进展. 2009(03)
[5]SPR生物传感器在食品安全领域的应用研究[J]. 王凯,殷涌光. 传感器与微系统. 2007(05)
[6]表面增强拉曼光谱的研究进展[J]. 任斌,田中群. 现代仪器. 2004(05)
博士论文
[1]表面等离激元纳米光子学中的偏振态研究[D]. 谢玉波.南京大学 2016
本文编号：3057840
【文章来源】：南京邮电大学江苏省
【文章页数】：52 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
金属纳米颗粒的局域表面等离激元示意图
图 1.2 金属纳米结构表面等离极化激元据上图我们同样可以看出表面等离激化激元传播过程中能量的不断衰减，根据波矢可以得出表面等离极化激元的传播距离。设波矢量为 ，则有： =12 ( )。面等离极化激元的场强会在沿着金属和介质的分界面的传播过程中呈指数型减弱，界面上是局限在一定区域的，表现出高度的局域性，传播距离也只在几十微米之内面，这样的特性也使得表面等离极化激元能量会集中在金属表面，不会向外辐射。些研究在尝试提高表面等离极化激元的传播距离。面等离激元的应用面等离激元的应用领域主要涉及了生物、化学、材料以及能源等领域，这主要是因离激元不光能够带来巨大的电磁场增强，还具有突破衍射极限、电场能量束缚、可择性的光散射、可以进行传播等优点。表面等离激元在这些领域具体的应用有：生
图 2.1 开口谐振环发生磁共振时电流分布示意图了金属开口谐振环，金属-介质-金属的“三明治”结构同样是实现磁偶极子共振的微结构材料。这种“三明治”结构是由成对的金属纳米棒中间夹一个介质层组成，三明治”结构中，当光垂直入射向金属纳米棒时，电场方向平行于金属纳米棒所在场垂直于入射方向和电场方向所在平面，激发局域表面等离激元共振，上面金属纳电子会发生流动，而成对的另一个金属纳米棒中的电子则发生反向流动，从而形成电流，产生电流振荡，在金属纳米棒之间的区域产生磁偶极子共振[43]，如图 2.2 所示金属纳米棒之间的介质是空气的话更有利于磁偶极子共振的激发，但现实应用中难属纳米棒的悬空结构，所以中间介质一般采用二氧化硅材料。
【参考文献】：
期刊论文
[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]表面等离激元与磁表面等离激元[J]. 王振林,陈卓,唐超军. 物理. 2012(10)
[3]表面等离激元——机理、应用与展望[J]. 童廉明,徐红星. 物理. 2012(09)
[4]表面等离激元研究新进展[J]. 王振林. 物理学进展. 2009(03)
[5]SPR生物传感器在食品安全领域的应用研究[J]. 王凯,殷涌光. 传感器与微系统. 2007(05)
[6]表面增强拉曼光谱的研究进展[J]. 任斌,田中群. 现代仪器. 2004(05)
博士论文
[1]表面等离激元纳米光子学中的偏振态研究[D]. 谢玉波.南京大学 2016
本文编号：3057840
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/3057840.html
