三维光子晶体对金纳米棒等离子特性的影响

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光子态密度的调控是光子晶体的一个非常重要的特性,通过对态密度在时域和频域上进行调控可以实现带边自发辐射速率的增强和带隙自发辐射速率的抑制。当金纳米棒的纵向等离子共振被激发时,等离子共振模式会通过辐射和非辐射方式进行衰减,分别对应金纳米棒的散射和线性吸收。通过将金纳米棒放置在光子晶体表面可以通过调控金纳米棒附近的光子态密度来改变金纳米棒的表面等离子共振性质,决定于金纳米棒相对于光子晶体的空间位置以及等离子共振相对于光子晶体带边的频率位置。  本文将从理论和实验两方面研究金纳米棒位于三维光子晶体表面时其等离子共振性质的变化。全文共分为以下五章:  第一章介绍了金纳米棒和光子晶体的理论知识和当前国内外的研究进展,并且对本论文的主要研究工作进行了阐述。  第二章简单介绍了用于模拟光子晶体和金纳米棒光学特性的常用数值方法,即时域有限差分法。  第三章从理论上研究了当金纳米棒的纵向表面等离子体共振(LSPR)位于光子晶体带边时,其等离子共振性质的变化,发现金纳米棒的吸收谱会明显变窄且吸收显著增强,通过数值模拟计算发现带边群速度的减小导致金纳米棒等离子共振衰减变慢是光谱变窄和吸收增强的主要原因。  第四章我们采用压强控制绝热垂直沉积法将直径为360nm的聚苯乙烯小球自组装制备成三维光子晶体,为了验证金纳米棒在光子晶体表面吸收增强的特性,我们测量了金纳米棒的双光子荧光谱,发现当飞秒激光脉冲的激发功率超过一定阈值时,双光子荧光将呈现非常明显的下降趋势,意味着金纳米棒在吸收飞秒激光脉冲后发生熔化和形变。实验发现位于光子晶体表面的金纳米棒其熔化功率比玻片表面的金纳米棒要低一个数量级,与数值计算的预言结果完全吻合。  第五章总结了全文的主要内容,并且对可能开展的后续研究进行了讨论。
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