【摘 要】
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传输表面等离激元（Propagating Surface Plasmons,SPP）与局域表面等离激元（Localized Surface Plasmons,LSP）的相互耦合作用能够显著改变等离激元的模式特性,提高局域近场强度与共振调控能力,因而受到人们的广泛关注。金属纳米粒子LSP的共振特性受结构材料、形状、大小、激发方式等因素的影响。在SPP激发下,金属纳米粒子的近场特性会发生显著变化,提升
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传输表面等离激元（Propagating Surface Plasmons,SPP）与局域表面等离激元（Localized Surface Plasmons,LSP）的相互耦合作用能够显著改变等离激元的模式特性,提高局域近场强度与共振调控能力,因而受到人们的广泛关注。金属纳米粒子LSP的共振特性受结构材料、形状、大小、激发方式等因素的影响。在SPP激发下,金属纳米粒子的近场特性会发生显著变化,提升了共振调节能力,从而扩展了金属纳米结构的应用范围。本文研究金膜表面SPP激发金纳米结构的光学特性,探究结构形状、尺寸等参数与近场特性的关系,探究SPP对金属纳米结构近场特性的影响及其物理机理。主要研究结果如下:1.研究单缝金膜表面激发的SPP近场特性与金膜厚度、狭缝宽度的关系,揭示了结构参数对SPP近场特性的影响。研究结果表明厚度小于50 nm的金薄膜主要激发短程SPP,其共振波长与金膜厚度有关,近场强度会随狭缝宽度发生变化。当狭缝宽度达到入射波长一半时近场强度达到最大值。2.研究SPP激发下金属纳米粒子结构参数对LSP近场特性的影响。相比于银材料,金在近红外波段具有更加活跃的自由电子,能够形成更强的局域近场。研究结果表明,SPP能够激发间隙型金膜-金纳米球系统的间隙等离激元（gap-plasmon）模式,在间隙处形成了极大电场增强。而对于接触型金膜-金纳米粒子系统,SPP激发金纳米结构形成局域近场,其近场特性受结构尺寸、纳米粒子横纵比的影响。3.研究金膜表面SPP激发金纳米圆柱的光场特性。研究结果表明SPP激发金纳米圆柱形成SPP与LSP主导的两种等离激元共振模式,SPP主导模式的共振波长不随结构尺寸发生变化,LSP主导模式的共振波长随圆柱高度增加发生红移,散射截面出现先增大后减小的趋势,这可能由金纳米圆柱的阻抗匹配模式导致。相比于光激发,SPP激发金纳米圆柱能够在近红外波段形成LSP共振,并具有更大的散射截面、更强的局域电场和更宽的共振波长调节范围。这些研究为金属纳米粒子在表面增强拉曼散射和非线性光学及其调控等领域的研究与应用打下重要基础。
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