一、表面增强喇曼散射的受迫表面等离激元模型（论文文献综述）
秦楡禄[1]（2021）在《飞秒光激发表面等离激元近场的时空成像研究》文中研究说明飞秒表面等离激元包括两种基本形式:飞秒局域表面等离激元（femtosecond localized surface plasmons,fs-LSP）和飞秒传输表面等离激元（femtosecond propagating surface plasmons,fs-PSP）。fs-LSP为一种局域电磁模式,能将能量约束在亚波长尺度并产生极大的近电场增强,使得人们可以在纳米尺度操控光与物质相互作用。在光催化、传感、超分辨成像、超快纳米电子源以及高次谐波的产生等方面有广泛的应用前景。fs-PSP一般为沿着金属及真空分界面传输的电磁模式。其电场在垂直于分界面的方向呈指数衰减,沿界面的传输速度接近光速,并且其能提供的信号带宽高达太赫兹量级。因此,等离激元纳米回路提供了同时传输光信号和电信号的潜力,可以将光子学和电子学的卓越技术优势结合在同一芯片中,为发展更小、更快和集成度更高的纳米光子学器件提供了一条有效途径。由于飞秒表面等离激元场的亚波长局域和快速衰减特性,利用具有纳米空间和飞秒时间分辨本领的超快显微技术对其进行近场时空成像研究是揭示其物理本质并优化和发展其应用的前提。本论文基于时间分辨的光发射电子显微技术（time-resolved photoemission electron microscopy,TR-PEEM）,实现了对金纳米bowtie结构和微纳米槽形结构中飞秒表面等离激元近场的高时空分辨成像。利用时域有限差分法（finite-difference time domain,FDTD）模拟和经典的波形模拟等解析计算方法重现了近场时空成像的实验结果,并详细分析了相应的物理机制。本论文的主要研究内容和结果如下:（1）借助于TR-PEEM的飞秒-纳米时空分辨本领,实验测量了单个金bowtie纳米天线中不同fs-LSP热点的去相位时间。结果表明,金bowtie纳米天线中两个等离激元热点的去相位时间分别为9 fs和13 fs。该方法避免了利用线宽测量等离激元去相位时间时非均匀展宽效应对测量结果的影响,可以获得更加准确的fs-LSP去相位时间。此外,通过提取不同共振频率fs-LSP电场的时间演化曲线,研究发现fs-LSP场频率随时间发生瞬时变化,并且从激发光场中心频率向fs-LSP共振频率转变。（2）利用PEEM系统地对355-450 nm和700-900 nm两个波段飞秒光所激发的fs-PSP进行了近场成像研究。结果表明,通过调节飞秒脉冲的偏振方向可以实现对银薄膜凹槽两侧激发fs-PSP强度的连续操控,并且在特定偏振条件下,能够实现fs-PSP的定向激发。其次,借助入射光沿凹槽长轴激发的方式,实现了对fs-PSP传输方向的直接成像,并利用二维波形模拟,重现了PEEM成像的结果。进一步,利用PEEM对不同频率的fs-PSP进行近场表征研究。实验结果表明,fs-PSP的传输方向取决于激发光的光子能量。该研究表明当入射光沿凹槽长轴激发时,银薄膜上刻蚀的凹槽结构可以用于构建二维-偏振操控的PSP色散元件或等离激元波分复用器件。（3）开展了fs-PSP横向和纵向近电场分量的时空成像研究。该实验在非共线激发方案下分别利用P偏振和S偏振的飞秒激光作为探测脉冲对fs-PSP横向和纵向电场分量的独立时空成像。由实验结果得到了fs-PSP横向和纵向电场分量的相位差为π/2。该结果从实验上直接证实了fs-PSP具有横向自旋角动量。进一步,通过利用亚10 fs宽度的光脉冲作为泵浦和探测光,开展了在纳米和飞秒尺度对fs-PSP横向和纵向电场分量时空成像的研究。由于少周期飞秒光脉冲的使用,使得探测脉冲与fs-PSP的相干叠加时间大幅减小,因此,在飞秒-纳米尺度实现了对fs-PSP横向和纵向电场的时空成像。并利用TR-PEEM实验测量了fs-PSP横向和纵向电场分量的强度比值。该研究表明TR-PEEM技术具有对fs-PSP近电场横向和纵向分量进行独立时空成像的能力,为独立探索fs-PSP电场各分量诱导光电子发射的机制和绘制fs-PSP三维时空场图像奠定了基础。（4）开展了等离激元定向纳米耦合结构中fs-PSP超快时空操控的近场成像研究。首先利用PEEM开展了空间上操控等离激元耦合结构中fs-PSP定向激发的近场成像研究。实验结果表明等离激元定向耦合结构结构中fs-PSP的优先激发方向强烈依赖于入射光的偏振。进一步结合FDTD模拟和实验证实了通过适当地选取入射光脉冲的振幅和初始相位可以优化fs-PSP定向耦合结构的消光比。此外,研究结果表明,通过调整两束正交偏振入射飞秒光脉冲的延迟,可以在飞秒时间尺度上实现fs-PSP耦合结构优先激发方向的切换。这种PSP激发方向的超快切换归因于入射光偏振态在飞秒时间尺度的瞬时变化。该研究成果可用于发展等离激元纳米回路中的超快速信息处理系统。综上所述,本文利用时间分辨的光发射电子显微技术较系统地研究了微纳米结构中飞秒表面等离激元近电场的时空演化。此项研究工作为飞秒表面等离激元在光催化、等离激元功能性器件的设计、片上信息超快处理等诸多领域的应用奠定了一定的理论和实验基础。
蒋昱昱[2]（2021）在《石墨烯-六方氮化硼异质结中复合极化激元电磁特性及应用研究》文中认为极化激元在空间分布上的高度局域化传播为现代光学芯片集成与高速光学信号处理提供了一个新颖的思路。出于系统能耗的思虑,光学系统中有效载荷的有限激活与模块隔离均十分重要,对常规硅光芯片1310 nm或1550 nm的工作波长而言,其所需的隔离空间相应较大,这极大地限制了片上光学系统的集成度。相较于常规硅光芯片,石墨烯-六方氮化硼异质结构中支持的复合表面等离-声子极化激元可以在硅基芯片的基础上实现小于300 nm的导波波长,可有效地缩小同等光学功能需要的芯片面积,避免冗余隔离模块造成的空间浪费,在保证系统能耗水平的同时显着提高集成度。本文从六角晶格中的近自由电子气出发,开展了物态本性与微观粒子宏观电磁响应的系统性研究,取得了在材料电磁参数表征、偶极子倏逝场选择性耦合与双曲材料中极化激元的可调激发等方向的一系列研究成果,为光电芯片集成系统提供有效的设计思路,也同时为后续更深入的光子动量表征、光与粒子相互作用、场与粒子本性的探讨奠定了理论基础。具体研究内容如下:（1）不同费米能级石墨烯电导率张量的表征。运用紧束缚法和自洽场模型分析获取了各向异性的石墨烯电导率张量。依据石墨烯六角晶格内部的声子与电子模式以及能带结构,阐明了晶格振动产生的声子动量p、石墨烯表面近自由电子气具有的电子动量hk与外加电磁矢势所具有的空间波矢hq对石墨烯能带上电子的跃迁所具有的影响。进而在不同费米能级下导出了对应的石墨烯电导率。（2）双曲材料中索末菲路径积分的适用性研究。分析了单轴晶体中上黎曼面与下黎曼面分支线的漂移与旋转,并根据六方氮化硼的双曲色散特性揭示了上下黎曼面的互换性质。在石墨烯-六方氮化硼异质结构中研究并确定了合理的索末菲积分路径,在保证准粒子激发的同时不引起反粒子的干扰。（3）单层石墨烯-六方氮化硼异质结构波导中导波模式的可调定向激发研究。以被单层石墨烯调制的六方氮化硼波导为研究对象,给出了该异质结构波导在六方氮化硼低光学支区域对复合表面等离-声子极化激元的模式特性。当石墨烯化学势低于0.1 e V时,异质结构仍表现声子极化激元特性,其群速度方向与相速度相反,具有反常传输特性;当激励源为左旋圆极化电偶极子时,偶极子下方所激发导波模式会沿着波导向右单向传播。当掺杂浓度逐步升高,异质结构中极化激元的特性逐渐向石墨烯表面等离激元偏移;当石墨烯化学势达到0.4 e V时,异质结构几乎表现为表面等离极化激元,其群速度方向与相速度一致,此时左旋圆极化电偶极子所激发的极化激元会沿着波导表面向左单向传播。（4）特殊极化偶极子源倏逝波准粒子的辐射特性与多层异质结构波导的可调定向耦合研究。分析并拓展了圆极化偶极子所携带的倏逝波准粒子的时间与空间对称性。进一步考虑了如惠更斯偶极子（Huygens dipole）、贾努斯偶极子（Janus dipole）可激发的倏逝波准粒子特性。研究了五层波导中双石墨烯-六方氮化硼异质结构在源两边与上述特殊极化偶极子之间的耦合情形,给出了不同偶极子所携带的自旋动量与异质结构电子/声子之间的相互激发。本文所得到的结论符合物理预期,即异质结构中的元激发遵循维格纳法则（Wigner’s rule）,被激发的极化激元具有与激励源等同的自旋动量。因而,圆极化源激励的场具有空间奇对称性;惠更斯偶极子激励的场竖直偶对称;贾努斯偶极子激励的场水平偶对称。
高劲柏[3]（2020）在《基于表面等离激元的微纳复合结构近红外调控特性研究》文中认为随着现代信息科学的急速发展,纯电子学器件由于受到自身的固有局限已难以满足传输与存储所需的高数据流。光子具有无静止质量,信号传输快,易实现多路通信等特点,成为新一代信息传递的理想载体。然而,传统光学器件由于面临衍射极限的困境难以在纳米级领域实现小型化和集成化,严重阻碍了相关领域的发展。表面等离激元（Surface Plasmons,SPs）的出现为解决上述难题提供了切实途径。表面等离激元是存在于金属与介质材料交界,由入射光场耦合形成的非定域化自由电子集体震荡的电磁模式,从表现形式上可分为表面等离极化激元（SPP）和局域表面等离激元（LSPR）两类。这种表面电磁响应具有亚波长的束缚尺度,可突破衍射极限,并伴有显着的场增强特性,尤其是利用其独特的色散表现和结构敏感性,可对作用电磁波的振幅、偏振、相位实现多维度调控。研究人员将其与异常透射（EOT）理论和超吸收概念结合后,在高分辨滤波成像,生物环境传感,非线性光学和能量收集等领域取得了显着的研究成果。但上述等离子体光学调控元件仍面临许多挑战,尤其在近红外区域还普遍存在带宽过长、噪声干扰、响应度低等问题。本文主要围绕近红外高分辨滤光片和超吸收体等主题展开研究,通过金属/介质微纳复合结构建立起不同表面等离激元模式间的杂化耦合效应,以获得高品质谐振特性,旨在实现具有精准调控、强带外抑制、窄模式宽度等特性的等离激元光场调制器。此外,本文结合耦合腔谐振理论、表面等离激元色散关系和时域有限差分（FDTD）原理,形成一套相对完备的数学解析模型,对各结构光谱响应特性的内在物理机制进行了深入研究,并总结出相应的优化调控手段。本文主要研究内容包含以下几个方面:（1）针对等离子体滤光片在近红外区域难以兼顾极窄透射、高响应度和带外抑制的难题,我们利用一种新型腔驱动复合光栅阵列,基于不同金属/介质/金属（MIM）和金属/介质（MI）光栅模块提供的SPP模式耦合效应,在近红外窗口实现了低噪、窄带、可调谐的异常透射特性。该结构中MIM光栅介质腔扮演了横向法布里-珀罗（FP）谐振器的重要角色,为系统提供驱动能量,并对内部耦合场的能量分布和谐振波长进行有效调控,是透射谱中形成Fano共振贡献窄带透射响应的结构基础。我们进一步结合时域有限差分和SPP色散理论,详细地研究了结构内部SPP耦合过程及窄带透射形成的物理机制;分析了LSPR对透射强度的影响,利用其局域增强特性提高了光谱透射率。最后,通过对介质层厚度和光栅占比的优化显着增强了带外抑制。在特征结构维度下,该复合光栅系统可以将透射线宽压缩到10 nm以下,品质因数高达174.3。（2）针对单层金属纳米孔阵列存在的通带线宽过长和高频峰透射率较低的问题,我们通过在其结构上集成MIM谐振体的方式,在近红外波段实现了显着的双通带线宽缩减效应,其中高频和低频透射峰的光谱线宽分别降低了2/3和1/2,并在该过程中提升了高频峰的透射强度。该腔耦合MIM纳米孔阵列同时还具有设计简单、灵活调制、偏振不敏感等特点。在对系统不同谐振态下SPP耦合场和能流分布的深入研究中,我们还原了FP耦合腔在通带线宽缩减,及双峰透射率变化中的调制功能。此外,通过对介质层厚度和孔阵尺度比的合理调控,有效抑制了高频透射模式中的旁峰噪声,并揭示了金膜厚度对模式宽度和透射强度的调制作用。（3）为了在近红外区域实现低噪背景下的双窄带超吸收特性,我们设计了一种新型MIM混合腔复合光栅阵列来达到这一目的,其对应峰值吸收率均超过94%,品质因数皆在80以上。通过对结构不同谐振态耦合场分布和色散特性的深入研究,我们提出了腔耦合间隙等离激元（CGpp）谐波理论,详尽地解释了各吸收带形成的物理机制,量化了等效端面相位在波长漂移中的具体影响。此外,我们系统地分析了不同结构维度对近红外吸收响应的调制作用,并利用端面等效电场模型建立起LSPR现象与吸收率的相互联系。该结构对束缚光场具有优秀的调控能力,可以将响应波长移动到理想位置。在不同折射率环境氛围下,其单位折射率灵敏度可至1012.5 nm/RIU,优值评价函数FOM高达235.5,超过了百量级。
陈闰堃[4]（2020）在《低维材料极化激元近场光学性质研究》文中研究指明极化激元学研究的是入射光光子与材料中各种粒子耦合形成的新的电磁场模式。对极化激元的研究本质上都是求解麦克斯韦方程组的过程,是计算自由电子响应、声子响应或其它响应引起的负的材料介电常数实部下的感应电磁场。极化激元是局域在材料界面传播的电磁场,可以突破传统的衍射极限,实现亚波长尺度上的电磁场操控,增强光与物质的相互作用,在信息、物理、化学、生物、能源等领域具有重要的研究意义和应用。本文中我们给出了纳米结构、一维纳米线体系、二维体系中极化激元研究的一般方法,分别对银纳米三角片,金纳米团簇,氮化硼（h BN）纳米圆盘中的局域型极化激元,砷化铟半导体纳米线中的一维传播型极化激元,二维石墨烯和氮化硼中传播型极化激元进行研究:对于银纳米三角片局域型极化激元的研究,我们首先给出了利用边界元法研究光学激发下银纳米三角片消光响应的一般方法,再结合实验得到的DNA分子刻蚀的银纳米三角片的消光光谱,揭示了DNA分子在刻蚀过程中的具体线路以及不同的DNA分子在刻蚀银纳米三角片中的作用。利用边界元法给出了计算了金纳米团簇的电子损失能谱的方法,结合不同直径尺寸的金纳米团簇的电子损失能谱实验,我们对直径在4-15 nm范围内的金纳米团簇电子损失能谱吸收峰红移现象进行研究。结果表明金纳米团簇红移的吸收峰是局域表面等离激元共振吸收的结果,同时由团簇尺寸限制引起的介电常数的变化造成了吸收峰红移。利用有限元法计算介电常数各向异性的氮化硼圆盘的消光光谱,揭示了其在中红外波段范围内的两种消光机制。其一是体积限域的声子极化激元在圆盘内部传播形成Fabry-Perot共振造成的不同共振阶数的消光。其二是h BN圆盘上局域表面声子极化激元的偶极共振模式造成的强烈的共振消光。我们发现局域表面声子极化激元的消光强度比体积声子极化激元造成的消光强度大近3个数量级,同时局域表面声子极化激元消光峰品质因子为190,可以实现对吸收波长精确调控;在其共振位置,电场增强因子为40,可以在中红外波段实现如红外天线、分子传感器、增强光谱等纳米尺度的电磁场增强应用。对于砷化铟半导体纳米线中的一维传播型极化激元,我们首先从均匀介质中金属纳米线的表面等离激元理论上证明了金属化的砷化铟（In As）纳米线中可以激发和支持表面等离激元的传播。其次我们利用近场光学显微镜首次在实验上观察In As纳米线中一维表面等离激元的实空间成像,并与有限元计算结果相互印证。研究结果表明In As纳米线表面等离激元具备高电场局域能力和低的传播损耗的特点,并且可以通过掺杂、衬底介质、纳米线尺寸来调节表面等离激元的波长。针对石墨烯中的表面等离激元,我们给出了二维石墨烯表面等离激元色散和电场分布的解析解,同时给出了用有限元法数值模拟石墨烯表面等离激元的方法。我们利用散射型扫描近场光学显微镜结合数值模拟计算研究了Si C外延生长的石墨烯褶皱处的表面等离激元传播情况,表明了纳米尺寸的石墨烯褶皱的几何结构变化并不会造成表面等离激元的反射,石墨烯褶皱处局域化的费米能级才是造成表面等离激元反射的主要原因,石墨烯褶皱处的局域化空间费米能级分布造成了表面等离激元的反射。我们利用散射型扫描近场光学显微镜研究了氮化硼褶皱处的声子极化激元的传播情况。结合数值模拟结果,我们发现氮化硼褶皱可以直接激发声子极化激元得到非干涉的极化激元近场成像,同时褶皱激发的体积声子极化激元不存在额外的传播几何损耗,可以直接反映氮化硼体积声子极化激元的本征传播性质。
王博[5]（2020）在《光和微纳结构的量子和光学相互作用》文中提出光与微纳结构的相互作用一直是国际科学界很受青睐的一个研究热点,可为发展全光网络、量子信息等新兴技术提供重要的理论基础。然而,光与微纳结构的相互作用会涉及到许多复杂的物理过程,且往往比表面看起来要复杂得多,“狡猾”的多。因此,在研究纳米、亚纳米、乃至原子尺度上的光和物质相互作用时,需要人们审慎地看待这些问题。一般来说,光与微纳结构的相互作用可以有光学相互作用和量子相互作用。其中,量子相互作用涉及到微观层面的能级劈裂,反映了光与微观粒子间的相互作用在内能态上的变化,而光学相互作用涉及到宏观层面上的光学模式单元间的相干干涉和耦合,反映了光与宏观物质间的相互作用在外在表征上的物理变化。基于光子晶体学,表面等离激元光学,腔量子电动力学,量子光学以及腔光机械系统领域和平台,本论文对这些复杂体系里所涉及的光学相互作用和量子相互作用做了详细的分析,探求其中蕴含的新物理和新现象,并取得了一些研究成果。在多模微腔中,我们建立了基于时间调制的耦合模理论,实现了两个模式之间的光子跃迁。我们构建了光子晶体多模微腔,实现了基于光子跃迁的低Q值微腔模式和高Q值微腔模式之间的完全能量转换,继而设计了新型的动态光学存储器。此存储器可以有效地实现对信号光脉冲的捕获、超长时间的存储和快速释放的过程。另外,我们还发现光子寿命和操作带宽的基础关联限制可以被打破,使得延迟带宽积的值达到76。这种动态光学存储器在光子电路、全光信息处理和光通信领域有着广阔的应用前景。近年来,等离激元纳米腔和分子组成的强耦合系统获得广泛的关注,也存在着一些争议问题,即实验者观察到的光谱劈裂（散射谱等）是否可以与量子辐射体内的本征能级劈裂画上等号,从而能真实地反映量子辐射体的能态演化及劈裂现象。在本论文中,我们发现散射光谱对周围物质非常敏感,而巨大的光谱劈裂既源于单分子与等离激元的量子相互作用（量子拉比劈裂）,也源于多分子与等离激元的经典光学相互作用。我们建立了一个能够定量区分光学和量子相互作用的物理模型和解析理论,其中利用洛伦兹模型来近似地描述分子和等离激元。我们发现相比于单分子拉比劈裂的量子相互作用,分子集体与纳米间隙等离激元的光学相互作用,是产生巨大光谱劈裂的主要原因。该理论还指出光学相互作用所引起的光谱劈裂量与√（N为分子数）同样成正比。简单地说,实验中所观察到的巨光谱劈裂并不是纯量子拉比劈裂,而是由所有分子集体与等离激元的光学相互作用产生的巨大频谱调制和单分子与等离激元强耦合的量子拉比劈裂所引起的较小光谱调制效应的协同作用之总和。基于上述相似的耦合系统,我们通过在金属纳米间隙内放置点光源来考察近场激发对分子-等离激元强耦合效应的影响。此激发模式不仅激发了表面等离激元还激发了光源附近的近场,而这两个场将相干叠加,成为金属纳米结构的总局域场。进一步发现,此总局域场可以压缩微腔的有效模体积。对于由金属纳米微腔和分子组成的强耦合系统,分子不仅仅可以与表面等离激元发生量子相互作用,还与近场发生量子相互作用。因此,我们在荧光光谱上发现拉比劈裂明显增大,拉比振荡的可逆相互作用明显增强。同时,我们还与已报道的实验结果做对比,发现近场激发模式下的耦合强度是远场激发模式的1.7倍。这项工作可以促进纳米尺度上新颖量子现象的研究以及相关应用的研发,例如芯片集成的量子信息处理、量子逻辑门和量子纠缠。最后,我们将研究领域拓展到腔光机械系统,探讨了原子-光子-机械振子的量子相互作用情况。我们提出了一个将描述原子与光子之间量子相互作用的全量子方法与描述机械振子的经典方法相结合起来的理论模型,并构造了一个时间依赖的哈密顿量。通过缀饰态的方法求解这个方程,我们发现系统的真空拉比劈裂是时间依赖的,即原子能级劈裂一直受到机械振子的调制。我们发现,即使原子与光场不共振,经典的能级反交叉（频域能级反交叉）依然可以出现,其原因是由于机械振子的相位调制在某一时刻补偿了原子-光子的失谐量。我们将此理论模型推广到极大振幅区域,发现机械振子的失谐补偿能力可以达到GHz水平。最后,我们的研究表明当原子和光子共振时,原子-光子-机械振子系统可以达到最大耦合强度。这些结果有助于开辟一条利用机械振子干涉和操纵光机量子平台中光与物质相互作用的新途径。总的来说,我们研究了在不同体系上所涉及的量子和光学相互作用。在多模微腔中,我们建立了基于时间调制的耦合模理论,实现了两个模式之间的光子跃迁。此光学相互作用机制为设计新型全光信息处理器件带来一定的理论指导意义。接着,在分子和等离激元耦合系统中,我们发现相比于单分子拉比劈裂的量子相互作用,分子集体与纳米间隙等离激元的光学相互作用,是产生巨大光谱劈裂的主要原因。该理论有助于理清微观分子在单光子光场驱动下的内在能级劈裂的真实大小,回答真实的量子拉比劈裂能达到多大数量级的问题,更重要的是,回答人类能够在多大程度上改变微观世界这一根本的科学问题。为了增强量子辐射体和金属纳米腔的量子相互作用,我们发现近场激发模式可以为量子辐射体提供两个相互作用通道:表面等离激元场和近场。这一发现有助于我们探索更多一腔多场的效应来增强量子相互作用强度,促进纳米尺度上新颖量子现象的研究。最后,我们研究了原子-光子-机械振子的量子相互作用系统,发现在机械振子的调制下,系统处于动态的能级劈裂状态,出现了时域的能级反交叉。这些结果有助于我们利用机械振子对量子相互作用系统进行干涉和调控,同时这一调控行为有机会在基础科学和高技术领域挖掘到新的应用。
庞昆维[6]（2020）在《基于表面等离激元腔与激子强相互作用的理论研究》文中进行了进一步梳理表面等离激元作为金属中自由电子振荡和金属表面光场的混合模式,因其具备的近场特性使光场被局域在小于同频率光自由空间波长的范围内,这一亚波长特性使得其在纳米光学中有着重要地位。近些年来,表面等离激元与激子之间的强耦合,由于具备超小的模式体积和常温下可发生的特点,使其具备广泛的应用前景,成为了为广受关注的研究热点。已经有研究发现表面等离激元可以与J聚集体分子,染料分子,量子点等多种激子发生强耦合。在本文中,我们结合纯理论计算和FDTD数值仿真方法,对Kret schmann结构中所激发的等离激元与电介质层内J聚集体分子的强耦合现象进行了研究,具体研究内容如下:首先,我们在Kret schmann结构中激发表面等离激元的介质层使用了掺杂了 J聚集体分子的电介质,并通过计算和FDTD仿真得到其反射谱。通过反射谱中Rabi劈裂的出现,我们确定了其中强耦合现象的发生。为了研究该结构和J聚体分子介电常数洛伦兹模型中各个参数对于强耦合作用的影响,我们使用控制变量的方法对其进行研究,并总结了各参数对强耦合调控作用的规律。另外,我们进一步研究了 Goos-Hanchen位移在强耦合现象发生时的变化。通过仿真计算,我们发现其在Rabi劈裂的两峰值对应频率位置处最强,因为强耦合导致此处表面等离激元转化效率最高,证明了该线性位移与强耦合之间存在的关联,并在之后总结了各参数对其的影响。然后,我们基于Kretschmann结构上设计提出了一种5层结构,在介质层另一侧对称添加了与原来等厚度的金属层和棱镜层,构成了夹在两层棱镜中的银层-介质层-银层结构。入射光在一层金属-介质分界面上激发表面等离激元并与介质层中激子发生强耦合,在另一侧介质-金属分界面上去耦合转化为透射光。通过理论计算和FDTD仿真对该结构进行分析,我们获得反射谱和透射谱并均在其中观察到Rabi线形,证明强耦合的存在。由于透射光线由表面等离激元去耦合产生,我们发现结构中不同波长入射光产生的透射角度,与激发表面等离激元时的共振角度始终相等,并通过FDTD仿真验证了这一结果,因此透射光角度可由结构参数调控。通过对比不同耦合强度时的反射谱和透射谱,发现耦合变强Rabi劈裂越大,结构透射率和反射率均降低。在该结构中,我们可以通过控制结构和J聚体分子介电常数洛伦兹模型中各个参数的值,来对银-介质-银层结构中的强耦合现象进行调控,控制耦合强度和劈裂产生的波长位置,这使得我们所设计的结构在量子网络、光开光和等离激元传感等领域具备潜在应用。
王硕[7]（2020）在《耦合等离激元场的动力学演化研究》文中认为相较于单一等离激元场,纳米结构中由多个单一等离激元耦合或杂化而形成的耦合等离激元场具有更高的调节自由度和更强的近场增强等特性,已经成为等离激元研究领域中重要的研究内容。等离激元动力学演化及其去相位时间的纳米尺度表征是人们深入理解和利用等离激元的基础,然而,当前对于耦合等离激元场动力学演化特性及其去相位时间的纳米尺度表征的研究严重不足。为此,本文开展了几种典型纳米结构（纳米棒二聚体,纳米十字以及纳米蝶形结构）中耦合等离激元场动力学演化及其去相位时间的纳米尺度表征研究。研究内容及结果如下:（1）开展了纳米棒二聚体结构中单一激发热点处耦合等离激元场的动力学演化及其去相位时间的研究。结果表明,当二聚体中两个棒长度不同时,只有短棒对应的动力学演化曲线出现拍频信号,即仅短棒表现出耦合等离激元场特性。比较研究了单棒与等长双棒的去相位时间,发现等长双棒由于耦合作用而导致了更大的辐射阻尼,因此去相位时间更短（110nm单棒5.5fs,110nm等长双棒3.6fs）。（2）开展了非对称纳米十字结构中单一激发热点处耦合等离激元场的动力学演化及其去相位时间的研究。结果表明,十字结构中同样只有短臂动力学演化曲线会出现拍频信号,即只有短臂表现出了耦合等离激元场特性。此外,改变入射光偏振方向,并不影响纳米十字结构中等离激元场的频率以及耦合等性质,只改变振荡强度。利用耦合谐振子模型,发现十字结构中等离激元场去相位时间范围约为4fs到14fs之间。进一步探究发现,随着结构臂长的改变,长臂对应的去相位时间从4fs变至5fs,短臂中高频场对应去相位时间从14fs变至7fs,而低频场对应去相位时间从4.5fs变至9fs。（3）开展了蝶形纳米结构中耦合等离激元场的动力学演化及其去相位时间的研究。结果表明,当蝶形纳米结构尺寸为89nm和107nm时,结构中只存在单一等离激元模式,其去相位时间分别为2fs和2.5fs。而当结构尺寸增大至124nm时,蝶形纳米结构顶角位置处仍只显示出单一等离激元模式,其去相位时间为2fs,而结构外角位置则出现了耦合等离激元场信号,其去相位时间分别为2fs和4fs。此外,借助干涉时间分辨光电子显微技术,对纳米蝶形结构中等离激元场的动力学演化过程进行了高时空分辨原位表征。
易小杰[8]（2019）在《基于涨落耗散理论的黑磷材料近场辐射热传输研究》文中指出热辐射是物体由于热涨落和量子涨落而发射电磁波的过程。在远场区域,辐射热传输主要是通过电磁波的传播模式来实现的,然而随着两物体之间距离的减小,传播模式的贡献会越来越弱,而倏逝波的贡献逐渐增加。在近场区域（两物体间的距离小于热波长时）,物体之间的热辐射主要靠电磁波的的倏逝模式来传输的,它们之间的辐射功率远大于普朗克定律所给出的黑体辐射极限。特别是当材料可以支持表面等离激元、表面声子极化子等一些表面模式时,它们之间的近场辐射可以得到极大地增强。随着微纳米加工技术的发展,近场辐射热传输在热光伏器件、热辅助磁存储以及热扫描显微镜等技术领域也具有广阔的应用前景,这一研究课题引起了国内外研究人员的广泛关注。作为一种新型二维材料,且由于具有优异的电子学、光学性质,黑磷材料在近年来引起了材料学、物理学等领域研究人员的兴趣,人们也制作了一些基于黑磷的光电子器件。由于黑磷也可以支持表面等离激元,我们很自然地想到研究黑磷以及基于黑磷的微纳结构之间的近场辐射热传输性质,并探讨利用这些性质对黑磷在电子、光电子器件制作中提供理论指导。黑磷带隙的层控、场控、压控等特性为近场辐射热传输的管理和调控提供了很多可能;黑磷的等离激元和双曲等离激元在近场范围的强耦合为增强近场热传输提供了有效的方法。同时构建黑磷的复合结构可以进一步提高近场辐射热传输。本文主要研究内容可归纳如下:第一、从经典阻尼振子模型出发,分析了不同频率时物质和电磁场相互作用时的响应特性;从麦克斯韦方程出发,结合线性响应理论、涨落耗散理论、格林函数方法,推导了平行平面间的辐射热传输关系。第二、研究了黑磷和碳化硅复合结构上表面等离激元的谱分布、色散关系以及与电子掺杂的关系,发现在表面同时存在黑磷支持的表面等离激元以及碳化硅支持的表面声子极化激元,而且随着电子掺杂浓度的增加,混合偏振模式往高频方向移动。在此基础上,分析了黑磷和碳化硅复合结构之间的热传输系数随电子掺杂的变化关系,发现不同方向热传输随电子掺杂的变化关系类似,都是随电子掺杂浓度先增加后减少,但是不同方向辐射热传输系数的最大值是不同。在高掺杂时,x方向的表面等离激元起支配作用,在低掺杂时y方向的表面等离激元起支配作用。同时还分析了黑磷与石墨烯之间的热传输系数随电子掺杂与化学势之间的变化关系。第三、设计了一种基于黑磷条带的双曲型超表面,分析了这个超表面上的等离激元特性。在此基础上计算了固定条带宽度下热传输系数随电子掺杂浓度的变化关系,以及固定电子掺杂浓度时热传输系数随条带宽度的变化关系,发现对于条带更宽的双曲型超表面,黑磷等离激元在低电子掺杂的情况下对热传输起到更重要的作用,而双曲线等离激元在高掺杂情况下对热传输起主要作用。对条带更窄的双曲型超表面,黑磷等离激元对热传输的作用变弱,而双曲型等离激元的作用变得更重要。
蔡妮妮[9]（2019）在《非对称劈裂银纳米环/盘及圆环/三开口环纳米二聚体中多极Fano共振的产生与调控》文中研究指明在无外场时,自由电子杂乱无序的分布在金属导体内部。若给导体加上外电场,无序的自由电子就会在静电力的作用下朝着统一的方向移动（电子的定向移动）。光波是电磁波的一种,其入射（波矢量）方向、电场（电矢量）方向及磁场（磁矢量）方向间两两垂直。当光波打到金属纳米粒子上且频率与自由电子振动的频率相等时,金属表面的自由电子就会与入射光发生共振,这种共振现象被称为金属表面等离激元共振现象。由于金属表面等离激元共振能产生独特的光学特性（能量束缚引起的近场增强、Fano共振效应、高的折射率敏感度等）而被相关方面的专家大量研究。经研究发现,它对纳米结构的尺寸、形貌、材料及周围环境折射率的变化十分敏感,通过改变以上参数就能对表面等离激元共振进行有效调节。就其研究现状来看,多极Fano共振的产生、调控及应用方面还有很大的发展空间。本文基于前人在表面等离激元Fano共振方面的研究,结合多极Fano共振研究不足的现状,提出了非对称劈裂环/盘结构和完整环/三开口环结构。分别对这两种结构的消光特性、谱线的可调性及潜在应用价值做了一个理论上的探究。文章主要分为四部分内容:第一部分介绍表面等离激元体系中的基本理论知识及其发展历史;第二部分介绍了三种常用于计算微纳米结构光学特性的数值模拟计算方法;第三和第四部分以非对称劈裂环/盘和完整环/三开口环这两种结构为主要研究内容展开研究。由于本文的研究重点和亮点是第三和第四部分内容,所以下面就这两部分内容给出一个较为详细的说明:1.非对称劈裂环/盘纳米结构本章提出了一个非对称劈裂环/盘纳米结构,这种新颖的贵金属银纳米结构展现出了丰富的光学特性。从计算结果展示出来的共振模式的电荷分布、磁场增强分布及位移电流分布可以得出:净电偶极矩几乎为零的暗态磁共振模式与电偶极矩不为零的亮态电共振模式之间破坏性的干涉形成磁性Fano共振。通过改变结构的几何参数可以对磁性Fano及电磁共振模式进行有效调节。将结构整体转动或将盘进行劈裂,结构整体的对称性得到了进一步的打破,这时磁性双Fano共振产生。比起单个的Fano共振,双Fano共振可以对两个光谱频段同时进行调节,这种特性可以用在多波段光谱仪、谱线的可控整形等方面。2.完整环/三开口环纳米结构本章提出了一个完整环/三开口环银纳米结构并对其消光特性进行了系统的探究。计算结果显示,完整圆环在三开口环的近场激发下出现了高阶暗态等离激元共振模式,这种暗模式和三开口环的亮模式相互耦合形成了双Fano共振。对于该结构,我们想要打破结构的对称性来观察它是否能实现多级Fano共振。通过计算发现,其他几何参数保持不变,只对三开口环中上圆弧所对应的圆心角和宽度进行改变,多极Fano共振就可以被激发。进一步对以上两个参数进行调节,多极Fano共振展现出了一个良好的可调性。除此之外,移动三开口环的中心来破坏结构的对称性,多极磁共振模式也会被激发。在这里,由于对称性破缺,这些共振模式的近场增强分布变得极度不均匀,最大的电场和磁场增强分别达到了 409和40.8。与非对称劈裂环/盘纳米结构相比较,该完整环/三开口环纳米结构可以实现更高阶多极Fano共振,其应用领域也更加广泛。
易骏[10]（2019）在《等离激元纳腔中光与物质的相互作用：理论与光谱研究》文中进行了进一步梳理激发金属纳米结构的等离激元可以实现对光在纳米尺度的限域和操控。等离激元腔中深亚波长限域的光场因此可以与置于其中的发光体产生极强的相互作用,这为调控物质的光电性质,理解光与物质的相互作用并拓展其应用提供了新的方法。例如,等离激元可以通过增强局域光电场将分子光谱信号放大数个量级,从而催生了一系列的等离激元增强光谱学的发展,如表面增强拉曼光谱（Surface-enhanced Raman spectroscopy,SERS）,表面增强荧光光谱（Surface-enhanced Fluorescence,SEF）以及表面增强红外吸收光谱（Surface-enhanced infrared absorption,SEIRA）等。这些领域在近十年来都得到了迅猛发展并被广泛应用到表面分析以及纳米科学领域中。在以往的研究中,人们常聚焦于如何增强信号而忽略了这些源于等离激元与发光体相互作用所导致的独特行为。本论文中,我们将结合理论模拟与实验,致力于理解等离激元腔中光与物质相互作用及其独特的腔量子电动力学（Cavity quantum electrodynamics,CQED）性质,并揭开各类增强光谱中相互作用及现象之间的关联。主要做了如下的研究工作:1.建立了一套普适的耦合系统的理论框架。基于此,我们研究了从弱耦合到强耦合状态下的光谱响应。等离激元腔中光与物质的耦合将导致激发态本征能量发生扰动。能量在虚部的变化使得激发态自发辐射速率发生改变,这导致了表面增强拉曼散射（SERS）中的以及表面增强荧光（SEF）中的谱峰重塑现象。基于对SERS与SEF过程相似性的理解,我们提出了一套普适的方法用于矫正SERS中的重塑效应。这个结果可以为研究复杂的分子与界面的相互作用如表面选律,吸附构型等提供帮助。我们还发现耦合将造成本征能量实部的变化,这导致了激发态跃迁能量发生漂移而出现“兰姆位移”效应。我们在等离激元腔中观测到高达7 meV的单分子兰姆位移,并发现了能量位移与分子位置的关联性。这个研究结果为在纳米尺度上调控光与物质相互作用,以及检测单分子激发态的空间分布提供了新的方法。此外,我们也讨论了表面增强红外吸收（SEIRA）中等离激元与声子的Fano干涉,并系统地研究了能量匹配度,腔体弛豫速率,相互作用距离以及振荡强度对Fano干涉的影响。这项工作首次系统地研究了耦合强度对吸收光谱的影响,为可控的量子干涉提供了新的方案。2.通过非线性光谱以及共振拉曼光谱分别研究了激子-极化激元的激发态性质和声子散射过程。在强耦合状态下,光与物质杂化形成激子-极化激元（Exciton-polariton,EP）。由于内禀的杂化性质,EP可以将各种量子现象可维持参数范围扩大几个数量级,如实现室温超流及玻色-爱因斯坦凝聚（Bose-Einstein condensation,BEC）。这些现象都关键性地依赖于EP的激发态性质及从激发态到基态的弛豫过程,然而一般的光学手段很难直接进入到EP激发态,亦很难观测到其弛豫过程。因此,目前对EP激发态以及弛豫中涉及的暗态过程的物理图像理解仍模糊不清。我们的工作借助了二维材料中独特的能谷自由度,并将其作为一个量子标记引入到EP的研究中。通过非线性的双光子荧光光谱和二次谐波光谱我们首次揭示了单层二维半导体中EP的激发态,包括光学跃迁禁阻的2p态和热力学不稳定的UP态。通过激子-极化激元共振的拉曼光谱,我们发现电-声子耦合亦呈现出了 EP相关的杂化性质,比如与能谷的关联性以及非线性的受激散射等,这揭示了 EP弛豫过程中存在相干的暗过程。我们的发现帮助理解了二维材料EP中的超快弛豫过程,并走出了全面描绘EP量子态物理图像的第一步,也为探索CQED系统中的复杂物理机制提供了一种通用的方法。3.探索了等离激元与物质的光力和光热相互作用。等离激元腔内限域的光场可以产生足以克服热涨落的光捕获势阱。基于此,我们发展了等离激元单分子光镊技术并证明其可以用于室温下直接捕获与释放溶液中的单个分子。我们发现等离激元腔中存在的表面粗糙是构建单分子捕获势阱的关键之一。这个工作首次将光镊对物体的操控尺度拓展到单个分子水平,且可被广泛应用到纳米科学的其他相关应用中。此外,我们还证明等离激元纳米粒子可作为纳米尺度限域的热源实现对局域热过程的调控,从而应用到纳米热催化领域中。这为表面等离激元化学及太阳能转换提供了新的可能性。
二、表面增强喇曼散射的受迫表面等离激元模型（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、表面增强喇曼散射的受迫表面等离激元模型（论文提纲范文）
（1）飞秒光激发表面等离激元近场的时空成像研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 飞秒表面等离激元时空表征的显微技术 |
| 1.3 飞秒表面等离激元时空成像的研究进展 |
| 1.4 飞秒表面等离激元时空成像的研究现状分析 |
| 1.5 本文的研究目的和意义 |
| 1.6 本文主要内容及安排 |
| 第二章 飞秒表面等离激元时空演化理论 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 飞秒局域表面等离激元的动力学特性 |
| 2.3 飞秒传输表面等离激元的时空演化理论 |
| 2.4 时间分辨的光发射电子显微实验中的近场干涉理论 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 飞秒局域等离激元的超快时空成像研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验装置、样品制备和FDTD模拟设置 |
| 3.3 金bowtie纳米天线中飞秒局域表面等离激元的时空成像研究 |
| 3.4 飞秒局域表面等离激元场的超快动力学研究 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 飞秒传输表面等离激元的近场成像研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验装置、样品制备和波形模拟理论 |
| 4.3 飞秒传输表面等离激元近场成像研究的结果与分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 飞秒传输表面等离激元横向和纵向电场的时空成像研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验装置与FDTD模拟设置 |
| 5.3 单束飞秒光激发飞秒传输表面等离激元的近场成像研究 |
| 5.4 飞秒传输表面等离激元横向和纵向电场的时空成像研究 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 飞秒操控传输表面等离激元定向激发的近场成像研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 实验方案、样品制备和FDTD模拟设置 |
| 6.3 飞秒传输表面等离激元的定向激发研究 |
| 6.4 飞秒尺度操控传输表面等离激元的定向激发研究 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的成果 |
| 致谢 |
（2）石墨烯-六方氮化硼异质结中复合极化激元电磁特性及应用研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 二维范德华材料 |
| 1.2 石墨烯 |
| 1.3 六方氮化硼 |
| 1.4 石墨烯-六方氮化硼范德华异质结 |
| 1.5 本文的研究目的、意义及主要内容 |
| 本章小结 |
| 第2章 固体中的准粒子与材料参数的表征 |
| 2.1 固体中的基本物理模型 |
| 2.1.1 弹性散射与非弹性散射 |
| 2.1.2 简易谐振子模型 |
| 2.1.3 等离子体频率 |
| 2.2 固体中的元激发 |
| 2.2.1 光致发光 |
| 2.2.2 表面发光 |
| 2.2.3 索末菲局域场 |
| 2.3 固体材料参数的表征 |
| 2.3.1 德鲁德模型(Drude Model)与洛伦兹模型(Lorentz Model) |
| 2.3.2 能带理论 |
| 2.3.3 随机相位近似模型 |
| 2.3.3.1 自洽场理论 |
| 2.3.3.2 外加电磁矢势中的单电子模型 |
| 2.3.4 k.p微扰理论与介电常数 |
| 2.3.5 有限弛豫时间的随机相位近似模型 |
| 本章小结 |
| 第3章 多层复杂介质中的偶极辐射 |
| 3.1 随机相位近似计算的石墨烯电导率 |
| 3.2 多层复杂介质中透射、反射系数 |
| 3.2.1 导电界面处的局域反射与透射 |
| 3.2.2 多层复杂介质中的全局反射与透射 |
| 3.3 双曲材料中的电偶极子辐射 |
| 3.4 双曲材料中的磁偶极子辐射 |
| 3.4.1 对偶原理 |
| 3.4.2 磁偶极子辐射 |
| 3.5 多层复杂介质中的点源辐射 |
| 3.6 双曲材料中的索末菲积分适用性 |
| 本章小结 |
| 第4章 圆极化偶极子的可调定向激发 |
| 4.1 三层波导结构与特征方程 |
| 4.2 色散曲线与模式群速度 |
| 4.3 六方氮化硼的二重双曲特性与声子极化激元反常传输特性 |
| 4.4 石墨烯调制的六方氮化硼三层波导的反常传输特性 |
| 本章小结 |
| 第5章 惠更斯与贾努斯偶极子的可调定向激发 |
| 5.1 五层波导结构与特征方程 |
| 5.2 色散曲线与模式群速度 |
| 5.3 惠更斯偶极子与贾努斯偶极子的辐射特性 |
| 5.4 石墨烯调制的六方氮化硼五层波导的反常传输特性 |
| 5.5 拓展讨论 |
| 本章小结 |
| 第6章 工作展望 |
| 6.1 复合偶极辐射定向激发的实验可行性探讨 |
| 6.2 非笛卡尔系统中的多极子辐射 |
| 6.3 相对论效应中的偶极子散射 |
| 6.4 闵可夫斯基-阿贝尔动量流悖论的探索与实验观测 |
| 6.5 异向介质的凝聚态方法探索 |
| 第7章 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表成果 |
| 个人简历 |
（3）基于表面等离激元的微纳复合结构近红外调控特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 表面等离激元学的发展历程 |
| 1.3 表面等离激元相关领域研究现状 |
| 1.3.1 EOT原理及相关光场调控元件的研究现状 |
| 1.3.2 SPR超吸收体的研究现状 |
| 1.4 论文主要研究内容及组织结构 |
| 第2章 表面等离激元的电磁理论基础 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 金属的电磁学基础 |
| 2.2.1 麦克斯韦电磁理论 |
| 2.2.2 金属的德鲁模型 |
| 2.3 表面等离极化激元的色散理论 |
| 2.3.1 金属/介质界面的表面等离极化激元及模式长度 |
| 2.3.2 波导体系中的间隙等离激元 |
| 2.3.3 表面等离极化激元的耦合激发方式 |
| 2.4 基于时域有限差分的计算电磁学 |
| 2.4.1 Yee元胞模型 |
| 2.4.2 CFL稳定性条件 |
| 2.4.3 周期型结构的空间边界构成 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 腔驱动复合光栅的近红外调控特性研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 腔驱动复合光栅的近红外响应特性 |
| 3.2.1 腔驱动复合光栅的结构模型及模式耦合机理 |
| 3.2.2 Fano共振的等离模型修正及窄带线形贡献 |
| 3.2.3 结构透射光谱的周期调制性 |
| 3.3 LSPR现象对结构透射率的影响 |
| 3.4 腔驱动复合光栅的带外抑制调制手段 |
| 3.4.1 FP介质腔厚度对旁峰强度的影响 |
| 3.4.2 光栅长度占比对各模式响应的影响 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 腔耦合纳米孔阵列的双通带调控特性研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 金属纳米孔阵列诱导EOT现象的机理分析 |
| 4.2.1 腔耦合纳米孔阵列的结构模型 |
| 4.2.2 单层金属纳米孔阵列的近红外响应机制 |
| 4.3 腔耦合纳米孔阵列的近红外调控特性 |
| 4.3.1 腔耦合纳米孔阵列的通带线宽缩减效应 |
| 4.3.2 MIM结构中金膜厚度对响应光谱的影响 |
| 4.3.3 腔耦合纳米孔阵列的偏振不敏感性 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 MIM混合腔复合光栅的超吸收调控特性研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 MIM混合腔复合光栅的结构模型 |
| 5.3 MIM混合腔复合光栅的近红外调控特性 |
| 5.3.1 MIM混合腔复合光栅窄带超吸收特性的物理机制 |
| 5.3.2 结构特征维度对近红外响应的影响 |
| 5.4 MIM混合腔复合光栅的环境敏感性 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 全文工作总结 |
| 6.2 论文主要创新点 |
| 6.3 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（4）低维材料极化激元近场光学性质研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 极化激元学简介 |
| 1.1.1 等离激元 |
| 1.1.2 声子极化激元 |
| 1.2 极化激元的激发 |
| 1.2.1 棱镜耦合激发 |
| 1.2.2 光栅耦合激发 |
| 1.2.3 边界衍射激发 |
| 1.2.4 偶极子激发 |
| 1.2.5 电子束激发 |
| 1.3 极化激元的研究方法 |
| 1.3.1 实验方法 |
| 1.3.2 数值计算方法 |
| 第2章 纳米结构极化激元研究 |
| 2.1 银纳米三角片局域表面等离激元研究 |
| 2.1.1 边界元法 |
| 2.1.2 银纳米三角片中的局域表面等离激元 |
| 2.1.3 小结 |
| 2.2 金纳米团簇局域等离激元电子损失能谱研究 |
| 2.2.1 计算方法 |
| 2.2.2 结果与讨论 |
| 2.2.3 小结 |
| 2.3 氮化硼纳米结构声子极化激元研究 |
| 2.3.1 计算方法 |
| 2.3.2 结果和讨论 |
| 2.3.3 小结 |
| 第3章 一维纳米线结构极化激元研究 |
| 3.1 金属纳米线极化激元 |
| 3.2 砷化铟半导体纳米线等离激元 |
| 3.2.1 掺杂砷化铟半导体介电常数 |
| 3.2.2 砷化铟纳米线表面等离激元模拟计算 |
| 3.2.3 砷化铟纳米线表面等离激元近场光学实验 |
| 3.3 小结 |
| 第4章 二维结构极化激元研究 |
| 4.1 石墨烯表面等离激元研究 |
| 4.1.1 石墨烯随机相位近似(RPA)模型 |
| 4.1.2 石墨烯表面等离激元计算方法 |
| 4.1.3 石墨烯褶皱处表面等离激元 |
| 4.2 氮化硼声子极化激元研究 |
| 4.2.1 氮化硼声子极化激元的计算 |
| 4.2.2 氮化硼褶皱激发声子极化激元 |
| 4.3 小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 第6章 附录 |
| 6.1 二维石墨烯体系的菲涅尔反射系数 |
| 6.2 二维氮化硼薄膜菲涅尔反射系数 |
| 6.3 平面波分解法 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
| 致谢 |
（5）光和微纳结构的量子和光学相互作用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 光子晶体 |
| 1.2 动态光信息存储 |
| 1.3 腔量子电动力学 |
| 1.3.1 Jaynes-Cummings模型 |
| 1.3.2 腔量子电动力学的研究进展 |
| 1.4 表面等离激元与腔量子电动力学 |
| 1.4.1 表面等离激元 |
| 1.4.1.1 金属介电函数的理论模型 |
| 1.4.1.2 表面等离激元的色散关系 |
| 1.4.1.3 局域表面等离激元 |
| 1.4.2 辐射体-等离激元间相互作用的研究进展 |
| 1.5 腔光机械系统与腔量子电动力学 |
| 1.5.1 光压效应 |
| 1.5.2 腔光机械系统 |
| 1.5.2.1 腔光机械系统的应用 |
| 1.5.2.2 典型的腔光机械系统模型 |
| 1.6 本论文的主要工作 |
| 第二章 基于光子跃迁的频率转换以及动态Q因子调制 |
| 2.1 前言 |
| 2.2 基于带隙内的模间光子跃迁的理论模型建立 |
| 2.3 基于光子跃迁机制下的高Q因子模式和低Q因子模式的能量相互转换 |
| 2.4 基于动态调Q机制实现信号光子的捕获-存储-释放的过程 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 等离激元-分子强耦合系统中量子和光学相互作用对巨频谱劈裂的贡献 |
| 3.1 前言 |
| 3.2 散射谱和荧光光谱的分析 |
| 3.3 量子相互作用 |
| 3.4 光学相互作用 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 通过近场激发增强真空拉比劈裂 |
| 4.1 前言 |
| 4.2 基于远场激发模式和近场激发模式下的腔场分布特点 |
| 4.3 基于近场激发模式的模体积的理论计算方法以及系统动力学模型 |
| 4.4 基于近场激发和远场激发的有效模体积 |
| 4.5 激发光源位置对有效模体积的影响 |
| 4.6 基于两种激发模式下的量子辐射体和腔场间的强相互作用 |
| 4.7 与实验的比较 |
| 4.8 本章小结 |
| 第五章 原子-腔-机械振子耦合系统的拉比劈裂 |
| 5.1 前言 |
| 5.2 物理与模型 |
| 5.3 时域的能级反交叉 |
| 5.4 利用机械振子实现对失谐量的相位补偿 |
| 5.5 基于极大振幅机制下的相位匹配 |
| 5.6 原子-光子-机械振子耦合系统的完全能级 |
| 5.7 本章小结 |
| 总结和展望 |
| 1.工作总结 |
| 2.研究展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的研究成果 |
| 致谢 |
| 附件 |
（6）基于表面等离激元腔与激子强相互作用的理论研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 表面等离激元相关理论简介 |
| 1.1.1 表面等离激元理论的研究历程 |
| 1.1.2 表面等离激元基本概述 |
| 1.1.3 表面等离激元的基本原理 |
| 1.1.4 表面等离激元的激发 |
| 1.2 论文主要研究内容和结构安排 |
| 参考文献 |
| 第二章 表面等离等离激元与激子强耦合的理论和仿真方法 |
| 2.1 表面等离激元与激子的强耦合理论 |
| 2.1.1 强耦合理论的研究历程 |
| 2.1.2 强耦合理论概述 |
| 2.1.3 表面等离激元与激子强耦合 |
| 2.2 等离激元仿真方法 |
| 2.2.1 有限元法 |
| 2.2.2 时域有限差分法 |
| 2.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 Kretschmann结构中表面等离激元与J聚体分子强耦合现象的研究 |
| 3.1 Kretschmann结构中表面等离激元与J聚体分子强耦合效应调控研究 |
| 3.1.1 仿真模型与理论分析 |
| 3.1.2 仿真结果分析 |
| 3.2 Kretschmann结构中强耦合效应对Goos-Hanchen位移的影响 |
| 3.2.1 Goos-Hanchen位移相关理论及仿真模型 |
| 3.2.2 仿真结果分析 |
| 3.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 两层棱镜间银-J聚体分子-银结构中强耦合现象的研究 |
| 4.1 多层膜反射结构相关理论 |
| 4.1.1 多层膜反射原理 |
| 4.1.2 薄膜光学特征矩阵法 |
| 4.2 两层介质间银-J聚体分子-银结构中的强耦合现象研究 |
| 4.2.1 仿真模型及理论 |
| 4.2.2 仿真结果及分析 |
| 4.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 总结与展望 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术论文目录 |
（7）耦合等离激元场的动力学演化研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 等离激元研究概况及其应用 |
| 1.2.1 等离激元的研究概况 |
| 1.2.2 等离激元的应用 |
| 1.3 等离激元动力学演化研究现状 |
| 1.3.1 纳米结构材料及尺寸对等离激元动力学演化过程的影响研究 |
| 1.3.2 光源条件对等离激元动力学演化过程的影响研究 |
| 1.3.3 结构耦合对等离激元动力学演化过程的影响研究 |
| 1.3.4 其他条件对等离激元动力学演化过程的影响研究 |
| 1.4 研究现状总结 |
| 1.5 研究内容及目的意义 |
| 第2章 表面等离激元的相关理论及模拟方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 表面等离激元 |
| 2.3 局域表面等离激元共振 |
| 2.4 超快等离激元动力学的理论研究 |
| 2.4.1 单个谐振子模型 |
| 2.4.2 非耦合谐振子模型 |
| 2.4.3 耦合谐振子模型 |
| 2.5 有限时域差分(FDTD)法 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 金纳米棒结构中耦合等离激元场动力学演化的研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 模拟设置 |
| 3.3 金纳米棒结构中耦合等离激元场动力学演化的模拟研究 |
| 3.3.1 结构尺寸对非对称金纳米棒中耦合等离激元场动力学演化的影响 |
| 3.3.2 结构尺寸对非对称金纳米棒中耦合等离激元场去相位时间的影响 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 金纳米十字结构中耦合等离激元场动力学演化的研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 金纳米十字结构的模拟设置 |
| 4.3 金纳米十字结构中耦合等离激元场动力学演化的模拟研究 |
| 4.3.1 结构尺寸对金纳米十字结构中耦合等离激元场动力学演化的影响 |
| 4.3.2 结构尺寸对金纳米十字结构中耦合等离激元场去相位时间的影响 |
| 4.3.3 光源偏振方向对金纳米十字结构中耦合等离激元场动力学演化的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 金纳米蝶形结构中耦合等离激元场动力学演化的研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 金纳米蝶形结构的模拟设置 |
| 5.3 金纳米蝶形结构中耦合等离激元场动力学演化的模拟研究 |
| 5.3.1 结构尺寸对金纳米蝶形结构中耦合等离激元场动力学演化的影响 |
| 5.3.2 光源偏振方向对金纳米蝶形中耦合等离激元场动力学演化的影响 |
| 5.3.3 结构尺寸对金纳米蝶形结构中耦合等离激元场去相位时间的影响 |
| 5.4 金纳米蝶形结构中耦合等离激元场动力学演化的实验研究 |
| 5.4.1 实验装置 |
| 5.4.2 实验结果及分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 总结 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士期间的学术成果 |
| 致谢 |
（8）基于涨落耗散理论的黑磷材料近场辐射热传输研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 引言 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 近场辐射热传输的研究 |
| 1.2.1 理论研究现状 |
| 1.2.2 实验研究现状 |
| 1.3 近场辐射热传输的应用 |
| 1.3.1 热管理 |
| 1.3.2 热光伏器件 |
| 1.4 黑磷材料的研究进展 |
| 1.4.1 黑磷的研究历史 |
| 1.4.2 黑磷的结构和性质 |
| 1.5 本文的主要研究工作及内容安排 |
| 第二章 微纳米尺度辐射热传输的理论基础 |
| 2.1 Maxwell方程组 |
| 2.2 电磁场矢势和标势 |
| 2.3 狄拉克函数(δ函数) |
| 2.4 无界空间的格林函数和波动方程的求解 |
| 2.5 光学常数与色散关系 |
| 2.6 黑磷表面等离激元 |
| 2.6.1 金属和空气界面上的等离激元 |
| 2.6.2 黑磷表面声子极化子激元 |
| 2.7 线性响应理论和涨落-耗散理论 |
| 第三章 黑磷/碳化硅复合结构之间的近场辐射热传输 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 无限大平行平面间的辐射热传输 |
| 3.3 黑磷/碳化硅复合结构的理论模型 |
| 3.4 结果与讨论 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 基于黑磷的双曲型超表面之间近场辐射热传输增强 |
| 4.1 超材料和超表面 |
| 4.2 各向异性材料之间的辐射热传输 |
| 4.3 黑磷基双曲型超表面的理论模型 |
| 4.4 黑磷基双曲型超表面之间的热传输 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 进一步工作的方向 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间的研究成果 |
（9）非对称劈裂银纳米环/盘及圆环/三开口环纳米二聚体中多极Fano共振的产生与调控（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 本文中缩略词对照表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 表面等离激元光子学 |
| 1.1.1 表面等离激元 |
| 1.1.2 传播表面等离激元共振 |
| 1.1.3 局域表面等离激元共振 |
| 1.2 基于表面等离激元的杂化理论分析及Fano共振效应 |
| 1.2.1 表面等离激元杂化理论 |
| 1.2.2 基于表面等离激元的Fano共振效应 |
| 1.3 表面等离激元共振的影响因素 |
| 1.3.1 结构的形状 |
| 1.3.2 结构的尺寸大小 |
| 1.3.3 结构对称性破缺 |
| 1.3.4 入射光的偏振方向及波矢量方向 |
| 1.3.5 结构周围环境的折射率 |
| 1.4 表面等离激元共振的应用 |
| 1.4.1 传感领域 |
| 1.4.2 低损耗波导以及左手材料 |
| 1.4.3 其他方面的应用 |
| 1.5 本论文的研究内容、意义及创新点 |
| 1.5.1 研究内容 |
| 1.5.2 研究意义及创新点 |
| 第二章 纳米结构表面等离激元的数值模拟计算方法 |
| 2.1 时域有限差分法(FDTD) |
| 2.1.1 方法简介 |
| 2.1.2 基于FDTD的软件及特点 |
| 2.2 离散偶极近似法(DDA) |
| 2.2.1 方法简介 |
| 2.2.2 基于DDA算法的软件及特点 |
| 2.3 有限元方法(FEM) |
| 2.3.1 方法简介 |
| 2.3.2 基于FEM算法的软件及特点 |
| 第三章 非对称劈裂环/盘中的消光特性及双磁Fano共振的产生与调控 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 模型的设计与计算方法 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 ASR-D纳米结构的消光特性 |
| 3.3.2 通过调节结构参数来调节Fano谷及等离激元共振峰的位置 |
| 3.3.3 通过转动ASR-D纳米结构来产生和调控磁性双Fano共振 |
| 3.3.4 通过把圆盘沿y轴方向劈裂来产生和调控磁性双Fano共振 |
| 3.4 结论 |
| 第四章 完整环/三开口环纳米结构中磁Fano共振及多极Fano共振的产生 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 模型的设计和计算方法 |
| 4.3 计算结果分析 |
| 4.3.1 PR-TAR纳米结构的消光特性 |
| 4.3.2 通过改变TAR上弧环所对应的圆心角来产生多极Fano共振 |
| 4.3.3 通过改变TAR上弧环的宽度来产生多极磁Fano共振和电Fano共振 |
| 4.3.4 打破结构的对称性来得到新的共振模式 |
| 4.4 总结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士期间科研成果 |
（10）等离激元纳腔中光与物质的相互作用：理论与光谱研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 光与物质的电磁相互作用 |
| 1.1.1 概论 |
| 1.1.2 弱耦合 |
| 1.1.3 强耦合 |
| 1.1.4 激子极化激元及其凝聚 |
| 1.2 光场的限域 |
| 1.2.1 光学微腔 |
| 1.2.2 等离激元纳腔 |
| 1.3 物质的激发 |
| 1.3.1 激子与声子 |
| 1.3.2 二维半导体材料的激子与声子 |
| 1.4 光谱 |
| 1.4.1 拉曼散射与表面增强拉曼散射 |
| 1.4.2 荧光与表面增强荧光 |
| 1.4.3 红外吸收与表面增强红外吸收 |
| 1.4.4 非线性光谱 |
| 1.5 本论文研究目的及主要内容 |
| 参考文献 |
| 第二章 理论框架与实验方法 |
| 2.1 耦合系统的理论框架 |
| 2.2 计算方法与软件 |
| 2.2.1 拓展的Mie理论 |
| 2.2.2 有限元方法 |
| 2.3 样品制备 |
| 2.3.1 原子级平滑的金膜 |
| 2.3.2 等离激元纳腔与布拉格反射腔 |
| 2.3.3 二维材料的制备和转移 |
| 2.4 仪器与方法 |
| 2.4.1 光谱系统(Berkeley,US) |
| 2.4.2 K空间光谱 |
| 2.4.3 低温系统 |
| 参考文献 |
| 第三章 表面增强拉曼的谱峰重塑与表面增强荧光的兰姆位移 |
| 3.1 相互作用诱导拉曼谱峰重塑 |
| 3.2 表面增强拉曼的谱峰矫正 |
| 3.3 表面增强荧光 |
| 3.4 相互作用诱导的单分子兰姆位移 |
| 3.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 表面增强红外光谱的法诺干涉 |
| 4.1 声子与等离激元腔的耦合 |
| 4.2 模型分析 |
| 4.3 调控耦合强度 |
| 4.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 非线性光谱探测激子极化激元的激发态 |
| 5.1 激子极化激元的激发态 |
| 5.2 样品结构与非线性跃迁选律 |
| 5.3 探测激子极化激元的激发态 |
| 5.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 探测激子极化激元的声子散射 |
| 6.1 强耦合下激子极化子的声子散射 |
| 6.2 能谷关联的声子散射 |
| 6.3 激子极化激元诱导的受激声子散射 |
| 6.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第七章 单分子表面等离激元光镊与局域热反应 |
| 7.1 等离激元的力效应与等离激元光镊 |
| 7.2 单分子的光捕获与操控实验 |
| 7.3 单分子光镊的理论分析 |
| 7.4 等离激元的热效应与局域加热 |
| 7.5 等离激元调控的局域热反应 |
| 7.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 总结与展望 |
| 在学期间发表论文 |
| 致谢 |
四、表面增强喇曼散射的受迫表面等离激元模型（论文参考文献）
- [1]飞秒光激发表面等离激元近场的时空成像研究[D]. 秦楡禄. 长春理工大学, 2021(01)
- [2]石墨烯-六方氮化硼异质结中复合极化激元电磁特性及应用研究[D]. 蒋昱昱. 浙江大学, 2021(01)
- [3]基于表面等离激元的微纳复合结构近红外调控特性研究[D]. 高劲柏. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2020(01)
- [4]低维材料极化激元近场光学性质研究[D]. 陈闰堃. 中国科学院大学(中国科学院物理研究所), 2020(01)
- [5]光和微纳结构的量子和光学相互作用[D]. 王博. 华南理工大学, 2020(02)
- [6]基于表面等离激元腔与激子强相互作用的理论研究[D]. 庞昆维. 北京邮电大学, 2020(05)
- [7]耦合等离激元场的动力学演化研究[D]. 王硕. 长春理工大学, 2020(01)
- [8]基于涨落耗散理论的黑磷材料近场辐射热传输研究[D]. 易小杰. 南昌大学, 2019(01)
- [9]非对称劈裂银纳米环/盘及圆环/三开口环纳米二聚体中多极Fano共振的产生与调控[D]. 蔡妮妮. 陕西师范大学, 2019(06)
- [10]等离激元纳腔中光与物质的相互作用：理论与光谱研究[D]. 易骏. 厦门大学, 2019(07)