表面等離子體及其在亞微米級(jí)測(cè)量中應(yīng)用的數(shù)值研究.pdf

1、表面等離子體是納米光子學(xué)重要的研究領(lǐng)域之一,也是納米探測(cè)技術(shù)、生物傳感技術(shù)、超分辨率聚焦與成像技術(shù)和納米波導(dǎo)技術(shù)等眾多前沿課題的重要基礎(chǔ)理論之一。金屬納米結(jié)構(gòu)在入射光作用下激發(fā)表面等離子體,其光學(xué)性質(zhì)取決于金屬色散介質(zhì)的相對(duì)介電系數(shù)、納米結(jié)構(gòu)的尺寸和形狀、金屬結(jié)構(gòu)周?chē)橘|(zhì)的折射率以及入射光的偏振態(tài)等因素,因而表面等離子的產(chǎn)生、分布和傳導(dǎo)特性相比普通光波更加復(fù)雜。在高數(shù)值孔徑物鏡聚焦區(qū)域電磁場(chǎng)存在三個(gè)方向的偏振分量,因而在聚焦區(qū)域內(nèi)的金屬

2、納米結(jié)構(gòu)會(huì)受到不同偏振方向電場(chǎng)的作用而激發(fā)表面等離子體。
　　 本論文針對(duì)高數(shù)值孔徑物鏡聚焦區(qū)域三維電磁場(chǎng)分布的特點(diǎn),提出了將計(jì)算聚焦區(qū)域光場(chǎng)分布的Debye理論與時(shí)域有限差分方法(FDTD)相結(jié)合的新的研究方法,仿真分析金屬納米結(jié)構(gòu)在聚焦光束作用下激發(fā)表面等離子體的機(jī)理、特性和新的光學(xué)現(xiàn)象,并進(jìn)行了利用表面等離子體的光學(xué)特性進(jìn)行亞微米尺度精密測(cè)量研究的初步探討。本論文主要工作如下:
　　 1、利用總場(chǎng)／散射場(chǎng)方法將用D

3、ebye理論計(jì)算的線偏振聚焦光束和徑向偏振聚焦光束作為入射波源代入三維FDTD計(jì)算空間中,驗(yàn)證了用FDTD計(jì)算聚焦區(qū)域光場(chǎng)分布的有效性和精確性。
　　 2、介紹了表面等離子體的經(jīng)典電磁理論和色散介質(zhì)的相對(duì)介電系數(shù)模型,并用多種方法將這些模型實(shí)現(xiàn)于FDTD程序中。用表面等離子體共振(SPR)模型仿真算例比較了各種方法的優(yōu)缺點(diǎn),其中PLRC方法在計(jì)算精度和速度上都是最優(yōu)的。
　　 3、提出了用雙平行納米棒結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的局域表面等