纳米颗粒体系的电磁异常传输与非线性效应

来源 :苏州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhoumi2008
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电磁波与纳米颗粒的相互作用在众多领域具有潜在的应用价值和前景,例如光隐身、光通信系统及器件、超灵敏军事探测等方面。本文建立各向异性纳米线的全波电磁散射理论研究纳米线的电磁散射和纳米线所受的光力。此外,由于核壳结构纳米颗粒的迅速发展,拓展研究银壳的各向异性纳米线的法诺共振。共振波长处的纳米颗粒场强增强,从而激发了非线性光学效应。在强非线性下,结合自洽平均场近似理论得出可调节的光学双稳,进一步研究核壳结构的非线性纳米球产生光学双稳的前提条件。具体内容如下:  1.各向异性纳米线的异常电磁散射和光力  建立全波电磁散射理论研究各向异性纳米线的散射效率。长波极限下的纳米线展现出异常的电磁散射,包括非瑞利消失和非瑞利发散。各向异性纳米线在非瑞利消失下几乎隐身,然而在非瑞利发散下呈现超散射。此外,采用麦克斯韦张量积分的方法研究颗粒所受的光力。随着入射波矢的减小,非瑞利消失下的纳米线所受的光力快速减弱,非瑞利发散下的纳米线所受的光力反而增强。  2.各向异性核壳结构纳米线的异常法诺共振  拓展研究核壳结构各向异性纳米线的电磁散射。银层包裹的各向异性纳米线的偶极隐身模式和偶极共振模式的相互耦合导致异常的“S”形法诺共振,并且法诺共振的范围宽于带壳纳米球的“Z”形法诺共振。此外,增大纳米线的内半径以及各向异性核层介电常数的径向分量,法诺共振红移。  3.不同尺寸球颗粒复合体系的非线性光学性质  研究由非线性纳米球和线性介质组成的复合体系的有效非线性光学性质。在弱非线性下,结合有效介质理论和Lorenz-Mie散射理论研究有效线性介电常数和有效非线性极化率。随着颗粒尺寸的减小,光学吸收增强并且表面等离激元共振蓝移。在强非线性下,基于自洽平均场近似理论建立非线性的Lorenz-Mie散射理论来研究复合体系的光学双稳。小尺寸的纳米颗粒随着尺寸的减小以及周围介质介电常数的减小,光学双稳区域变宽。而对于大尺寸的纳米颗粒,由于高阶模式的作用甚至会出现光学三稳。  4.非线性核壳结构纳米颗粒的光学双稳  结合自洽平均场近似理论和Lorenz-Mie散射理论进一步研究非线性介质包裹的金属球颗粒的光学性质。在强光照射下,核壳结构的非线性纳米颗粒出现光学双稳。光学双稳的存在依赖于纳米颗粒的结构,特别是核壳体积比。低介电常数介质中的纳米球的核壳体积比必须大于临界值才能出现光学双稳,反之,纳米球处于高介电常数介质中,其核壳体积比则必须小于临界值才能出现光学双稳。此外,减小颗粒尺寸,增大入射波长可获得宽区域的光学双稳。
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