基于介质各向异性的表面等离激元及其应用

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表面等离激元是金属和介质界面处自由电子集体振荡模式的激发,这种存在于金属与介质界面处的电磁模式的电磁场在垂直于传播方向呈指数衰减,所以其能量能约束在界面附近亚波长的尺度内,在界面附近的区域有很强的电磁场增益,可以利用这种特性研究纳米尺度调控下的光与物质相互作用。论文中研究了介质的各向异性对三层平面表面等离激元波导的模式的影响,以及量子点与纳米金属结构相互作用下的量子点寿命的数值模拟结果。  首先,研究了各向异性介质层对三层平面表面等离激元波导的模式的影响。在几种三层表面等离激元纳米结构中,研究了大的各向异性介质层对表面等离激元模式的影响,得到了在各向异性—介质—金属结构,介质—各向异性—金属和金属—各向异性—金属三种结构中的表面等离激元的色散关系。在光波段范围内的数值模拟表明,在各向异性—介质—金属结构中,导体-中间层-介质层模式的传播长度可以从5.9μm变化到91μm,同时截止厚度相应的从83 nm变化到7nm,而在介质—各向异性—金属结构中各向异性介质对于传播长度和截止厚度的影响正好是相反的。在金属—各向异性—金属结构中,通过调节光轴,对称模式的表面等离激元能量约束能有百分之十的变化。更进一步的数值模拟计算表明上述各向异性介质带来的影响在通讯频率也适用。在各向异性-金属-介质结构中,通过调节光轴方向模式性质伴随着模式重组和模式转换的出现得到很大改变。改进后的模式性质可被用于基于表面等离激元纳米器件和可调节的单表面等离激元源。  其次,研究了量子点与金属纳米小球和金属纳米平板的相互作用,量子点我们看成是振动的电偶极子。通过数值模拟我们得到量子点的寿命变化,可在单表面等离激元源方面有一定应用。  
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