学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

金属光栅-探针复合微结构的表面等离激元场分布特性

作　者: 王适意
导　师: 孙秀冬
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 光学
关键词: 表面等离激元 FDTD数值模拟金属纳米结构光镊捕获场
分类号: O436.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 100次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

表面等离激元(Surface Plasmon Polariton,SPP)是一种在金属表面处产生的基于电子极化排布的电磁激发模式。它属于TM极化的表面电磁波,其幅度值随着与表面距离的增大而呈指数型衰减,所形成的电磁场被限制在金属表面的邻域内。表面等离激元的近场分布对于金属结构表面形貌特征的变化非常敏感,纳米尺度的表面微小结构会对整个场分布造成很大的影响。利用这一性质通过选取特定的金属纳米结构可以实现对于金属表面电磁场和电势场的调制。再者,利用表面等离激元的增益性质也可以提升近场幅度值,从而改善场的调制作用。基于以上特点,本文设计出了特定的金属纳米结构,它是一种综合了光栅及探针结构特点的复合型微结构,通过改变金属纳米结构的参数及激发方式,将会在其表面附近获得特定的势场分布,从而可将其应用到光镊方面,实现捕获场的作用。本文以表面等离激元的基本物理性质出发,讨论了它的形成机理、存在条件和激发方式等相关特性。基于Maxwell方程组推导出了适用于数值模拟表面等离激元场的离散化电磁场差分递推方程,并利用时域有限差分法(FDTD法)在Matlab编程平台上实现了金属纳米结构近场分布的模拟。基于对金属纳米结构电势场所作的分析发现当选取中央为锯齿型结构两侧为金属光栅的复合结构时,可以达到比较大的势阱深度,其势阱宽度约为2μm,这一尺度相当于某些化学大分子直径的大小。基于这一结构产生的稳定光镊捕获场可实现对于微粒的操控。文中的数值模拟结果为实验上实现表面等离激元光镊提供了理论依据,有着一定的指导作用。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-14
  1.1 课题背景  8-9
    1.1.1 课题来源  8-9
    1.1.2 研究的目的和意义  9
  1.2 国内外在该方向的研究现状及分析  9-12
    1.2.1 表面等离激元学简介  9-10
    1.2.2 表面等离激元的光镊实验  10-11
    1.2.3 扫描近场光学显微镜  11
    1.2.4 基于表面等离激元的计算机芯片  11-12
    1.2.5 表面等离激元在生物医学方面的应用  12
  1.3 课题研究的主要内容  12-14
第2章表面等离激元的基本物理性质  14-26
  2.1 金属在光频区域的特性  14-17
    2.1.1 金属复介电函数的引入  14-15
    2.1.2 金属复介电函数的初等电子理论解释  15-17
  2.2 表面等离激元存在条件及色散关系  17-21
    2.2.1 表面等离激元的存在条件  17-20
    2.2.2 表面等离激元的色散关系  20-21
  2.3 表面等离激元的激发  21-23
    2.3.1 波矢匹配问题的提出  21
    2.3.2 棱镜耦合激发方式  21-23
  2.4 表面等离激元场在半无限大交界面的分布  23-25
    2.4.1 电磁场的解析解形式  23
    2.4.2 电磁场分布及分析  23-25
  2.5 本章小结  25-26
第3章金属薄膜-单探针结构的表面等离激元场数值模拟  26-38
  3.1 基于时域有限差分法FDTD 的数值模拟  26-34
    3.1.1 FDTD 差分递推方程  26-30
    3.1.2 FDTD 吸收边界条件  30-33
    3.1.3 FDTD 吸收边界层参数设置  33-34
  3.2 金属薄膜-微结构的参数设置  34-35
  3.3 表面等离激元场对于金属薄膜-单探针结构的敏感性  35-37
  3.4 本章小结  37-38
第4章金属光栅-探针阵列结构的表面等离激元场分布特性  38-52
  4.1 光栅型金属结构的近场分布及分析  38-41
  4.2 探针型金属结构对近场分布的影响  41-44
  4.3 锯齿型金属结构的近场分布及分析  44-51
  4.4 本章小结  51-52
结论  52-53
参考文献  53-56
攻读学位期间发表的学术论文  56-58
致谢  58

金属光栅-探针复合微结构的表面等离激元场分布特性

内容摘要

全文目录

相似论文