【正文】 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)。s Functions 26 Treatment of The Singularities in Dyadic Green’s Function 29 Deposition in Dyadic Green’s Function 31 Electric Fields of an Arbitrary Dipole 31 Fast Evaluation of Sommerfeld Integrals 34 Numerical Results for Radiation and Scattering 37 Brief Summary of This Chapter 39Chapter4 Research on SPPs by Curved Chains of Nanoparticles 40 Research 40 Sample Preparation 40 Theory Model 42 Numerical Results and Discussion 45 Brief Summary of This Chapter 51Conclusion 53References 55Published Papers During Studying for Master 59Acknowledgements 61VII第1章 緒論第1章 緒論21世紀，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。作者簽名： 日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日目 錄摘要 IAbstract III第1章 緒論 1 1 1 5 6第2章 金屬結(jié)構(gòu)的表面等離子體 8 8 8 表面等離子體的基本原理 11 SPPs色散關(guān)系 11 SPPs特征長度 14 SPPs的激發(fā)方式 17 金屬納米粒子的局域化表面等離激元 19 本章小結(jié) 21第3章 數(shù)值方法 22 數(shù)值方法的概述 22 22 23 時域有限差分法 23 格林函數(shù)法 24 24 并矢的定義 25 并矢格林函數(shù)的空間表示 26 并矢格林函數(shù)奇異性的處理 29 31 31 Sommerfeld積分的快速計算 34 37 39第4章 基于納米粒子鏈的表面等離子體的研究 40 40 40 42 45 51結(jié) 論 53參考文獻 55攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文 59致 謝 61VContentsContentsAbstract(Chinese) IAbstract(Eglish) IIIChapter1 Instroduce 1 Background of SPPs 1 Research and Application of SPPs 1 Purpose and Meaning of SPPs 5 Research Contents 6Chapter2 Plasmonic Nanostructures on metal 8 SPPs and Metal Nanostructures 8 Optical Properties of Metal Material 8 Theory of SPPs 11 Dispersion Model of SPPs 11 Length Scales of SPPs 14 Exciation of SPPs 17 Localized SPPs of Metal Nanopaticles 19 Brief Summary of This Chapter 21Chapter3 Numerical Analysis Methods 22 Overview of Numerical Analysis Methods 22 Moment Method 22 Finite Element Method 23 Finite Difference Time Domain 23 Green’s Function Method 24 Dyadic Green39。本人授權(quán)　　 　 　大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 指導(dǎo)教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。 coupled dipole formalism。 nanoparticles。SPPs場在很大程度上也取決于粒子間距，在粒子間距小于SPPs波長時，可以實現(xiàn)較好的SPPs聚焦和導(dǎo)波效果。結(jié)果表明，粒子間距、入射光斑大小對SPPs聚焦及其分布有很大影響。（3）應(yīng)用格林函數(shù)體積積分法，研究了金膜上球形納米粒子鏈在高斯光束照射下的SPPs激發(fā)、聚焦和導(dǎo)波。（2）從電磁基本理論出發(fā)，深入研究了金膜上基于納米粒子拋物鏈的表面等離子體的相互作用，由并矢格林函數(shù)求解波動方程，建立分層參考系統(tǒng)的電磁場模型。本文主要研究了金膜上納米粒子拋物鏈在外電場激勵下的表面等離子體的聚焦和導(dǎo)波：（1）針對格林函數(shù)分量計算中涉及到的Sommerfeld積分，研究了快速算法實現(xiàn)高效的積分運算，給出了沿最陡下降路徑積分的計算實例，并與國外的結(jié)果進行分析對比，證明了運用的計算方法結(jié)果正確，算法快。摘 要表面等離子體的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用，為實現(xiàn)納米尺度的光學(xué)控制提供了有力的工具。金屬納米粒子對表面等離子體的研究至關(guān)重要，選擇合適形狀、尺寸以及排列結(jié)構(gòu)的納米粒子結(jié)構(gòu)，可以提高表面等離子體的光場強度，更好地實現(xiàn)基于納米粒子陣列的表面等離子體的聚焦和導(dǎo)波。基于Sommerfeld積分的快速算法，分析和計算了半空間中任意方向的電偶極子的輻射和散射。將納米粒子拋物鏈劃分為一系列立方單元，并利用耦合偶極子法將該積分方程轉(zhuǎn)化為矩陣方程，從而計算出空間任意點的電場。研究了入射光斑大小、入射光沿鏈的位置、粒子間距和粒子鏈的曲率半徑對SPPs激發(fā)、聚焦和導(dǎo)波影響。入射光斑尺寸減小，激發(fā)的SPPs光束的衍射發(fā)散的增加，SPPs聚焦效果減弱。關(guān)鍵詞　表面等離子體；納米粒子；格林函數(shù)法；耦合偶極子法；數(shù)值模擬 AbstractSurface plasmon polaritons (SPPs) have been proved to better powerful tool for the optical manipulation on nanoscale. The nanoparticle on the metal thin film plays an important role of surface plasmon polaritons. If the metallic nanoparticles are designed with suitable shape, size and arrangement, electric field magnitude can be highly improved. Further, excitation, focusing and directing of surface plasmon polaritons with nanoparticles located on a finite metal layer could be acplished theoretically.No matter which method is used for the calculation of scattered fields, there will be a mon difficulty: the evaluation of Sommerfeld integrals, which is extremely time consuming. The integration along steepest descent paths is introduced to evaluate these Sommerfeld integrals. Numerical results show that the fast method can greatly accelerate the putation for scattering problems. Based on the fast evaluation of Sommerfeld integrals, the radiation of an arbitrarily oriented electric dipole in a half space is first analyzed and puted.Excitation, focusing and directing of surface plasmon polaritons with curved chains of nanoparticles located on a finite gold layer are investigated theoretically. The theory of Green’s dyadic functions on a layered reference system is outlined and electromagnetic properties of surface plasmons are discussed. A curved chain of nanoparticles in upper halfspace is divided into a number of cubic cells and the integral equation is reduced to a matrix equation using coupled dipole formalism. Then we calculate the electric fields at any point on gold surface.Numerical simulations of the configuration investigated experimentally are carried out based on the Green’s tensor formalism and dipole approximation. We demonstrate that, by using a relatively narrow Gaussian beam (at normal incidence) interacting only with a portion of a curved chain of nanoparticles, one can excite an SPP beam whose divergence and propagation direction are dictated by the incident light spot size and its position along the chain. It is also found that the SPPs focusing regime is strongly influenced by the chain interparticle distance. Comparison of numerical results with experimental data shows good agreement with respect to the observed features in SPPs focusing and directing, providing the guidelin