【正文】 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 guidelines for a proper choice of the system parameters. Keywords surface plasmon polaritons (SPPs)。 Green’s dyadic function。 numerical modeling 目錄 III 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。 作者簽名： 日 期： 江蘇科技大學(xué)工學(xué)碩士 學(xué)位論文 IV 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。 Abstract(Eglish) ....................................................................................................................III Chapter1 Instroduce.............................................................................................................. 1 Background of SPPs....................................................................................................... 1 Research and Application of SPPs ............................................................................... 1 Purpose and Meaning of SPPs ....................................................................................... 5 Research Contents .......................................................................................................... 6 Chapter2 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 ...................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 23 Green’s Function Method ...................................................................................... 24 Dyadic Green39。s Functions ........................................... 26 Treatment of The Singularities in Dyadic Green’s Function ................................. 29 Deposition in Dyadic Green’s Function .......................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 34 Numerical Results for Radiation and Scattering ................................................... 37 Brief Summary of This Chapter................................................................................... 39 Chapter4 Research on SPPs by Curved Chains of Nanoparticles ................................ 40 Research ....................................................................................................................... 40 Sample Preparation .................................................................................................... 40 Theory Model ............................................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。人們對(duì)信息需求越來(lái)越多 ， 對(duì)信息處理和存儲(chǔ)的要求越來(lái)越多?？墒?， 傳統(tǒng)的光子學(xué)器件受衍射極限的限制 ， 在納米尺度結(jié)構(gòu)上難以實(shí)現(xiàn)相關(guān)信息的傳輸、處理和應(yīng)用等 ， 因此迫切需要實(shí)現(xiàn)突破衍射極限的新機(jī)制和新技術(shù)，同時(shí)納米尺度器件也表現(xiàn)出傳統(tǒng)器件所不具有的新功能和新應(yīng)用。納米科學(xué)和納米技術(shù)的飛速進(jìn)步推動(dòng)了納米光子學(xué)發(fā)展 ， 同時(shí)為制造、操縱和表征納米尺度提供了有效的工具。光學(xué)近場(chǎng)的能量傳遞、控制及其應(yīng)用是納米光子學(xué)研究中重要內(nèi)容。目前國(guó)際上實(shí)現(xiàn)納米尺度的光學(xué)控制主要有兩種方法。由于光子晶體是典型的周期性結(jié)構(gòu) ， 只能有部分波長(zhǎng)的光能通過 ， 其尺寸也僅是波長(zhǎng)量級(jí) ， 只能解決部分的問題。 另外一種方法是基于表面等離子體 （ Surface Plasmon Polaritons， SPPs） 。與光子晶體相比較 ， 利用表面等離子體可以將維度從三降為二維 ， 在納米尺度上，實(shí)現(xiàn)超越衍射極限的光的操控 ，同時(shí)實(shí)現(xiàn)局域近場(chǎng)增強(qiáng) 。 表面等離子體的研究現(xiàn)狀和應(yīng)用 1902 年， R. W. Wood 在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中首次發(fā)現(xiàn)了表面等離激元共振現(xiàn)象。 1957 年，表面等離子體的第一個(gè)實(shí)驗(yàn)是由 電子能量損耗測(cè)量實(shí)現(xiàn)的 [4]， R. H. Ritchie 注意到，江蘇科技大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 2 當(dāng)高能量電子通過金屬薄膜時(shí)，不僅在等離激元頻率處有能量損失，在更低頻率處也有能量損失峰，他認(rèn)為這與金屬薄膜的分界面是有關(guān)系的。 1960 年， Stern和 Ferrell 研究了此種模式產(chǎn)生共振的條件并首次提出了表面等離激元的概念，并首次推導(dǎo)了金屬表面這種電磁波的色散關(guān)系 [5]?，F(xiàn)在廣泛應(yīng)用的暗場(chǎng)照明模式近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡正是基于 Otto的實(shí)驗(yàn)構(gòu)想。八十年代初，基于SPPs 的研究工作在 Agranovich的書中有十分全面的綜述 [8]。隨著 NSOM的出現(xiàn)，使得在探測(cè)金屬表面的 SPPs 成為可能 [10]， SPPs 的散射和局域性得到了廣泛的研究，形成了二維等離子體光子學(xué)。實(shí)際上，因?yàn)?SPPs 被控制在垂直于表面的方向，直接觀察 SPPs 局部化只有可能利用 NSOM。然而，由于 SPPs 兩維光學(xué)的誕生，在理想表面控制 SPPs 的光學(xué)增強(qiáng)開始形成。納米科學(xué)和納米技術(shù)的快速發(fā)展，使得納米光子學(xué)不再局限于基于非輻射束縛模式的機(jī)理的研究，更多的拓展到實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域。 目前， SPPs 已經(jīng)應(yīng)用于很多領(lǐng)域： 1. SPPs 波導(dǎo) 納米全光集成實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)是 SPPs 波導(dǎo)，在此基礎(chǔ)可以進(jìn)一步研發(fā)基于金屬表面結(jié)構(gòu)的各種 SPPs 器 件。這樣的 SPPs 帶隙結(jié)構(gòu)可以使顆粒間的狹縫變窄， SPPs 能局限于狹縫并沿狹縫傳播，通過適當(dāng)引入表面缺陷結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn) SPPs 直線波導(dǎo)、彎曲波導(dǎo)及分束波導(dǎo)等。其中， ―V‖型槽 SPPs 波導(dǎo)有低傳輸損耗、單層膜結(jié)構(gòu)、 低靈敏度等特點(diǎn)， 2020 年 Bozhevolnyi 等人在 Nature 上發(fā)表了基于 ―V‖型槽 SPPs 波導(dǎo)的分束器、MZ 干涉儀和環(huán)形共振器 [17]，如圖 所示。 圖 基于 V型波導(dǎo)的 SPPs 分束器、 MZ 干涉儀和環(huán)形共振器 Plasmonic Ysplitter, MachZehnder(MZ) interferometer and waveguidering (WR) resonator based on Vwaveguide. 2. 生物和醫(yī)療 表面等離子體共振（ Surface Plasmon Resonance， SPR）以其快速、高靈敏度的特性，被廣泛的應(yīng)用于生物小分子的精密探測(cè)、高分辨率顯微鏡和更加有效的癌癥治療方案 [18]。 Rice 大學(xué)的 Naomi Halas 和Peter Nordlander 等人致力于這項(xiàng)新技術(shù)的深入研究和實(shí)踐證明。然后，利用近紅外激光束入射癌細(xì)胞部分，激光穿透皮膚并激發(fā)電子在納米球內(nèi)產(chǎn)生共振。如果這項(xiàng)技術(shù)成功的話，將給廣大癌癥患者帶來(lái)新的希望，進(jìn)一步推動(dòng)醫(yī)學(xué)的發(fā)展。納米材料的光電性質(zhì)、機(jī)械性能均可通過改變顆粒的尺寸來(lái)實(shí)現(xiàn)。 2020 年， 等人 [20]在光伏電池的實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用了 SPPs。更重要的是 SPPs 能應(yīng)用于任何類型的光伏電池，均會(huì)大大地提高 轉(zhuǎn)