摘要：贵金属纳米材料在入射光激发下能够产生表面等离激元,即金属表面自由电子产生集体振荡。当其振荡频率与入射光频率相同时,发生表面等离激元共振,形成一种特殊的电磁场模式和光谱特性。利用该电磁场模式和光谱特性,能够调节金属纳米材料的光谱学行为,例如通过改变金属纳米结构的大小、形状以及周围介质介电常数等参数,在微纳尺度上实现光谱学信号的有效调控。目前,除了具有一定对称性的贵金属纳米材料被大量研究和应用外,非对称纳米结构的表面等离激元光谱特性也受到广泛关注。研究表明,在可见-近红外波段光谱范围内设计表面等离激元光电传感器件的关键问题在于,如何有效地调节其消光谱的共振波长、半峰宽以及峰值强度等主要特征参数。提出一种基于银纳米双环组成的非对称结构,利用时域有限差分方法,在可见-近红外波段内,通过分别改变银纳米双环的尺寸、间距及入射光偏振方向等参数,计算了该纳米结构在不同条件下的消光谱。结果表明,在0.4~3μm的消光谱内,入射光能够激发产生两个独立的表面等离激元共振峰。通过研究峰值波长处的电场分布图发现,上述共振峰分别对应两种不同的电磁场模式。结果还表明,消光谱内两个独立的共振峰可以通过改变该双环结构的不同参数,被分别地进行调节。其中,可以通过改变该双环结构的半径来有效调节短波长峰的共振波长和半峰宽,同时保持长波长峰的共振波长和半峰宽基本不变。此外,通过改变两环间距或入射光偏振方向,可以分别以不同趋势来调节两个共振峰的峰值强度。在提出的非对称银纳米双环的消光谱中,获得了能够被分别调节的两个表面等离激元共振峰,研究结果能够为可见-近红外波段内基于银纳米材料光电传感器件的开发设计提供理论基础。

摘要：纳米尺寸的贵金属在入射光的激发下能够产生表面等离激元效应,即光在金属表面与电子发生耦合,引起金属表面自由电子集体震荡的现象。当自由电子的震荡频率与入射光的频率相同时,可以引起等离激元共振,产生独特的光谱特性。贵金属纳米颗粒的等离激元共振效应在物理、化学、生物等各个领域具有广泛应用。基于银纳米颗粒,提出一种一维复式阵列结构,利用时域有限差分方法研究该贵金属阵列的表面等离激元性质。在该结构中,以SiO_(2)为基底,两种不同的银纳米颗粒沿y轴方向放置在SiO_(2)基底的表面上,形成一维复式阵列,平面波入射光沿z轴负方向垂直入射。实验观察到,在300~1200 nm的波长范围内,该复式阵列结构的表面等离激元能够被有效激发,在其吸收光谱上有两个等离激元共振峰。通过调节该结构纳米颗粒的尺寸、形状和阵列周期等结构参数,等离激元共振峰和电磁场模式均发生有规律的变化。此外,固定其中一个银纳米颗粒不变,改变另一颗粒尺寸,可以发现其吸收曲线的两个共振峰发生不同的变化,结合电场图可以得出两个峰所对应的等离激元共振具有不同的电磁场模式。通过改变其中一个银纳米颗粒的形状,如四棱锥、球体、圆柱体和正方体,可以发现当颗粒形状发生变化时,两个共振峰对应的波长均不发生变化,但是不同颗粒形状所产生的电场分布明显不同,底面处的相对电场强度差别也很明显,依此同样可以验证其吸收曲线存在两个不同电磁场模式的共振峰。研究结果对基于贵金属纳米颗粒阵列结构表面等离激元器件的设计研究工作具有一定意义。

摘要：表面等离激元是金属表面自由电子在入射光激发下产生的电子集体振荡行为及其相应的电磁场分布。目前,金微纳颗粒表面等离激元除了在可见光波段内被大量研究和应用外,在中红外波段内也显示出独特的光谱特性,具备设计生产优良传感器的潜力,因而同样备受瞩目。研究表明,在中红外波段内设计表面等离激元传感器的关键问题在于如何有效地调节共振谱的共振波长、峰值吸收率以及半峰宽等主要特征参数。相比于单个微纳颗粒而言,阵列结构由于拥有良好的周期性,从而能够在上述参数的宽光谱调节方面具有独特的优势。基于此,提出一种基于金微纳颗粒组成的阵列结构,利用时域有限差分方法,在4～18μm波段范围内,通过分别改变该阵列的结构参数,包括颗粒半径、高度、间距及颗粒形状等,系统地研究了该微纳阵列结构在中红外波段对入射光的反射光谱、透射光谱和吸收光谱等特性的影响。研究发现,在8～10μm光谱内,入射光能够与其所激发的金微纳阵列表面等离激元产生共振效应,表现出明显的共振峰特性。可以通过分别改变上述结构参数来有效调节吸收率谱线共振峰的共振波长、峰值吸收率和半峰宽等主要特征参数。研究结果对中红外光谱内基于金微纳阵列结构传感器的科学研究和实际设计具有独特的理论应用价值。