超快激光作用纳米结构的Fano共振现象研究

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1、学号：S15010019硕士学位论文超快激光作用纳米结构的Fano共振现象研究研究生姓名：崔健学科、专业：物理学二○一八年六月分类号：O432密级：可公开UDC：编号：超快激光作用纳米结构的Fano共振现象研究STUDYONTHEFANORESONANCEINNANOSTRUCTUREUNDERULTRAFASTLASERILLUMINATION学位授予单位及代码：长春理工大学（10186）学科专业名称及代码：物理学（070200）研究方向：原子分子与电磁场相互作用申请学位级别：硕士指导教师：林景全研究生：崔健论文起止时间：2017.3—2018.4摘要等离激元Fano

2、共振凭借窄峰值线宽、高介质折射率灵敏度、强入射光场束缚能力和高品质因数，在许多前沿科技领域具有极高的应用价值。等离激元Fano共振源于结构所支持的超辐射明模式与亚辐射暗模式的相消干涉。若结构拥有多个暗模式且同时与超辐射明模式耦合，即可形成多重等离激元Fano共振。多重等离激元Fano共振不仅拥有单一等离激元Fano共振的所有优点，而且可以在多个频率同时调制光谱，实现高效可控的谱线整形。然而，通常情况下多重等离激元Fano共振中的高阶等离激元Fano共振峰的深度较浅，可调节的光谱范围较窄。并且，结构激发的多重等离激元Fano共振通常强烈依赖于入射光偏振方向，这无疑将限制基

3、于多重等离激元Fano共振的太阳能器件及全偏振传感器件的性能。此外，目前对金属纳米结构等离激元Fano共振近场直接成像研究相对不足，这些问题无疑会严重阻碍纳米结构等离激元Fano共振的综合发展与实际应用。本文在以往研究的基础之上，开展了非对称金纳米环盘、非对称金纳米劈裂环盘结构和金纳米太阳形结构中等离激元Fano共振的研究工作。论文在多重等离激元Fano共振中的高阶等离激元Fano共振峰调制深度的控制、入射光偏振方向不敏感多重等离激元Fano共振结构的设计以及金属纳米结构等离激元Fano共振近场直接成像等方面取得了一些研究进展。其主要研究内容与结果如下：（1）开展了超快

4、激光作用下非对称金纳米环盘结构/非对称金纳米劈裂环盘结构中多重等离激元Fano共振激发的研究，揭示出不同Fano共振的形成机制。通过改变结构间的相对位移和劈裂环盘中缺口宽度实现了对Fano共振波长、深度和数目的控制。特别地，我们发现通过调节非对称金纳米劈裂环盘结构圆盘中心相对内腔中心的位置可以实现对高阶等离激元Fano共振深度的独立调控。（2）开展了非对称金纳米环盘结构和非对称金纳米劈裂环盘结构中等离激元Fano共振的入射光偏振方向依赖性的研究。发现所设计的非对称环盘结构中多重等离激元Fano共振对于入射光偏振方向不敏感；非对称劈裂环盘结构则对入射光偏振方向具有高度依赖

5、性。结果表明，通过改变入射光偏振方向可以实现非对称劈裂环盘结构中等离激元Fano共振激发峰数量的控制。（3）开展了对超快激光作用下金纳米太阳形结构中等离激元Fano共振模式分布的直接近场成像研究。利用光辐射电子显微镜，我们获得了太阳形纳米结构中等离激元Fano共振模式及其演化的近场图像。实验结果与FDTD模拟结果具有很好的一致性。关键词：金纳米环盘/劈裂环盘结构金纳米太阳形结构多重等离激元Fano共振FDTDPEEMABSTRACTPlasmonicFanoresonance,whichhasthecharacterofnarrowlinewidths,highmedi

6、umrefractiveindexsensitivity,strongincidentlightconfinement,andhighqualityfactor,hasbeenwidelyusedinmanyfrontierscienceandtechnologyfields.PlasmonicFanoresonanceresultsfromtheinterferenceofsuperradiantbrightmodeandsubradiantdarkmodes.Whenmultipledarkmodesaresupportedbythestructureandcoup

7、ledwiththesuperradiantmodeatthesametime,multipleplasmonicFanoresonancecanbeexcited.MultipleFanoresonancesnotonlyhavealladvantagesofsingleFanoresonance,butalsocanmodulatethespectrumatmultiplefrequenciessimultaneouslyandcanrealizecontrollablespectrallineshapingefficiently.H