【正文】 高。這一系列的實驗表明，基于 SPPs 的產(chǎn)品能夠商業(yè)化成功的話，那么對解決人類的能源問題將起到不可估量的作用。實驗表明：金屬納米粒子能使入射的陽光更加分散，從而使更多的光線進(jìn)入光伏電池中；其次，不同種類和尺寸的粒子可以用來改進(jìn)光的效果。太陽能電池與金納米粒子薄膜結(jié)合，能比傳統(tǒng)太陽能電池更有效地吸收太陽能。 圖 利用金納米球新技術(shù)治療癌癥 New technology of cancer treatment using gold nanosphere 江蘇科技大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 4 3. 新型光源和能源 SPPs 在太陽能電池和新型能源相關(guān)器件方面也有重要應(yīng)用。殼內(nèi)表面和外表面場的相互耦合作用，微粒吸收能量，使得局域溫度大幅度升高，最終癌細(xì)胞被并殺死、健康組織卻不被破壞害。在硅納米球（直徑約100nm）的表面附上一層 10nm 厚的金薄膜，將納米小球注射進(jìn)血液，納米小球自動嵌入到不斷生長的腫瘤內(nèi)。圖 顯示的是利用 SPR 效應(yīng)來摧毀癌細(xì)胞 [19]。 納米尺度的金屬表面結(jié)構(gòu)證實了表面等離子體的激發(fā)、聚焦和導(dǎo)波同時發(fā)生的可第 1 章 緒論 3 行性，同時也為表面等離子體亞波長光學(xué)的發(fā)展提供了強有力的工具。為了進(jìn)一步減小微器件尺寸，國內(nèi)外學(xué)者研究了各種各樣的 SPPs 波導(dǎo)：在周期性光子結(jié)構(gòu)中引入條形帶隙結(jié)構(gòu)的 SPPs 波導(dǎo) [14]，基于粗糙表面近場增強和強局域效應(yīng)的SPPs 波導(dǎo) [15]， 基于周期性結(jié)構(gòu)的金屬線或粒子的 SPPs 波導(dǎo) [16]，以及基于 ―V‖型槽的SPPs 波導(dǎo) [17]等。周期性排列的表面納米粒子表現(xiàn)出關(guān)于 SPPs 的二維光子晶體的屬性。 SPPs 的奇特性質(zhì)使其在亞波長光學(xué)、全光集成、光存儲、光激發(fā)、生物光子學(xué)等方面發(fā)揮越來越重要的作用 [13]。通過利用人工制造的納米器件來操縱和引導(dǎo) SPPs 光束在表面?zhèn)鞑??；?SPPs 的 NSOM 證實了微弱的和強烈的 SPPs 局部化的存 在。在 1997 年， Bozhevolnyi 和 Pudonin在前人的研究基礎(chǔ)上提出了二維表面等離子體光學(xué)的設(shè)想，并成功進(jìn)行了一些原理性實驗[11,12]。 1984 年，瑞士蘇黎世 IBM 研究室的 等人成功研發(fā)了世界上第一臺近場掃描光學(xué)顯微鏡（ Nearfield Seanning Optical Microscopy， NSOM） [9]。同年 Kretsehmann和 Raether 改進(jìn) Otto結(jié)構(gòu)，提出了現(xiàn)在最廣泛應(yīng)用的激發(fā) SPPs 的 Kretschmann模型 [7]。 1968 年， Otto 在實驗中用他首創(chuàng)的 衰減全反射 技術(shù) （ Attenuated Total Reflection， ATR）實現(xiàn)光波段表面等離子體的激發(fā) [6]。 1959 年， C. J. Powell 和J. B. Swan通過實驗證實了 R. H. Ritchie 的理論。 1941 年，U. J. Fano 等人根據(jù)金屬和空氣界面上表面電磁波的激發(fā)解釋了這一現(xiàn)象。 SPPs 低維度、高強度和亞波長的特點 ，在納米光子學(xué)領(lǐng)域中有著無限的應(yīng)用潛力，被喻為目前最具希望的納米集成光子器件的載體，并在納米光學(xué)成像、納米光刻等有著廣泛應(yīng)用。表面等離子體是金屬表面自由電子隨入射光子同頻率集體振蕩產(chǎn)生的一種表面束縛的電磁波[3]， 是存在金屬表面的一種 束縛性 和 非輻射性的模式。目前光子晶體結(jié)構(gòu)大多數(shù)是三維結(jié)構(gòu) ， 對結(jié)構(gòu)制作和設(shè)計都提出了較高的要求。一種方法是基于光子晶體（ Photonic Crystals， PCs)[2]。 將光限制在納米尺度是納米集成光學(xué)器件、近場光學(xué)和納米光子學(xué)等學(xué)科的一個主要挑 戰(zhàn)。近場光學(xué)是納米光子學(xué)的信息載體 ， 通過納米尺度的光學(xué)器件與近場光學(xué)之間的相互作用 ， 實現(xiàn)光學(xué)信息的傳遞、處理、放大 ， 是近場光學(xué)（ nearfield optics）的一種發(fā)展。 納米光子學(xué) [1]（ nanophotonic）是一個新興的研究領(lǐng)域，旨在對納米尺度的光學(xué)現(xiàn)象的理解 ， 即接近或超越光的衍射極限。于是，人們對元器件的微型化和高度集成化提出了更高的要求 ， 要求單元器件的尺寸越來越小 ， 器件的空間距離也越來越?。ㄍ黄乒鈱W(xué)衍射極限 )。 42 Numerical Results and Discussion .............................................................................. 45 Brief Summary of This Chapter................................................................................... 51 Conclusion ............................................................................................................................ 53 References ............................................................................................................................ 55 Published Papers During Studying for Master ................................................................. 59 Acknowledgements ........................................................................................................ 61 1 第 1 章 緒論 1 第 1 章 緒論 表面等離子體的研究背景 21 世紀(jì)，科學(xué)和技術(shù)地飛速發(fā)展，信息技術(shù)滲透到社會的各個領(lǐng)域。 31 Electric Fields of an Arbitrary Dipole ................................................................... 31 江蘇科技大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 VIII Fast Evaluation of Sommerfeld Integrals ............................ 錯誤 !未定義書簽。s functions ............................................................................................. 24 Definition of Dyadic ............................................................................................ 25 The Space Expression of Dyadic Green39。 19 Brief Summary of This Chapter ................................................................................... 21 Chapter3 Numerical Analysis Methods............................................................................. 22 Overview of Numerical Analysis Methods .................................................................. 22 Moment Method .................................................................................................... 22 Finite Element Method .......................................................................................... 23 Finite Difference Time Domain ........................................... 錯誤 !未定義書簽。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 目錄 V 目 錄 摘要 .......................................................................................................................................... I Abstract...................................................................................................................................III 第 1 章 緒論 ...................................................................................................................... 1 表面等離子體的研究背景 ....................................................................................... 1 表面等離子體的研究現(xiàn)狀和應(yīng)用 ........................................................................... 1 表面等離子體的研究目的與意義 ........................................................................... 5 本文研究的內(nèi)容 ....................................................................................................... 6 第 2 章 金屬結(jié)構(gòu)的表面等離子體 ....................................................................................... 8 表面等離子體與金屬納米材料 .................................................................................... 8 金屬塊狀材料的光學(xué)性質(zhì) ............................................................................................ 8 表面等離子體的基本原理 ................................................................................... 11 1 SPPs 色散關(guān)系 ................................................................................................ 11 1 SPPs 特征長度 ............................................................................................... 14 4 SPPs 的激發(fā) 方 式 ........................................................................................... 17 7 金屬納米粒子的局域化表面等離 激元 ..................................................................... 19 本章小結(jié) .............................................................................................................. 21 1 第 3 章 數(shù)值方法 ...................................................................................................