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表面等离激元纳米结构制备与近场光学表征

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作   者: 方哲宇 朱星 著
出 版 社: 知识产权出版社
版   次: 1
出版时间: 2015-04-20
装   帧: 平装
ISBN: 9787513030762
开   本: 异16开
页   数: 116
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   内容简介

 

  表面等离激元(Surface Plasmon Polariton, SPP) 作为纳米光学与材料科学交叉学科的研究热点,可以实现和入射光子的相互耦合与共振,从而为纳米尺度光电器件的研发提出了新的构想。本论文介绍了利用微纳加工技术实现的SPP纳米结构制备,应用近场光学显微术 (Scanning near-field optical microscopy, SNOM) 对SPP聚焦、波导以及共振增强效应进行研究,以及利用有限时域差分 (Finite-difference time-domain, FDTD)方法验证实验结果的模拟计算。

 

  作者简介

 

  方哲宇,北京大学物理学院研究员。2011年获北京大学凝聚态物理博士学位,2011—2013年在美国Rice大学做博士后研究,2012年加入北京大学物理学院,2013年获全国优秀博士学位论文奖,2014年获国家基金委优秀青年基金资助,2015年获中组部万人计划青年拔尖人才专项资助。

  方哲宇在北京大学物理学院长期从事表面等离激元光子学、近场光学及微区光谱方面的研究工作,是石墨烯表面等离激元研究领域(Graphene Plasmonics)早期研究者之一,在理论基础和实验创新上已有较多积累,相关论文发表后被Science,Nature Physics,NPG Asia Materials等学术期刊特色亮点推荐,并被美国Chemical & Engineering News,德国Nanowerk,英国nanotechweb.org以及国内的科学网等新闻媒体多次报道。方哲宇研究员的研究工作在表面等离激元光子学等领域形成了很大影响,受邀分别在美国圣地亚哥SPIE Optics Photonics及新加坡亚太地区国际近场光学会议做大会报告(Keynote Talk)。

 

  前言

 

  表面等离激元(Surface Plasmon Polaritons, SPPs)是一种元激发,其本质是金属和介质界面处自由电子的集体振荡。随着现代微纳加工技术的进步和基础理论研究的深入,对表面等离激元特性及其应用的研究已成为纳米光学的一个重要研究分支,即表面等离激元光子学(Plasmonics)。SPPs 亚波长聚焦、超分辨成像、光子耦合、共振传感、局域电磁场增强以及光电转换等特性,使其在纳米光源、聚焦波导、纳米光电器件、粒子捕获及生物传感器等领域有着广泛的应用。为此,Plasmonics成为了一个横跨物理、化学、生物等多学科的前沿交叉研究领域。自20 世纪90 年代超透射现象被发现以来,国内外对表面等离激元的研究兴趣和热潮一直有增无减,各种会议召开和科技论文发表不断,SPPs 课题组也如雨后春笋般发展壮大。然而,我国在Plasmonics 研究领域与发达国家相比尚有差距。为使国内Plasmonics 领域的科技工作者对SPPs 有更全面系统的理解,也为SPPs 能更好地应用于各前沿交叉领域,实现人们对器件微型化与高度集成化的要求,作者查阅了大量的文献资料,参加了各种学术会议,并进行了反复的实验,最终完成了本书的编著,希望对SPPs 研究者能有所帮助。

  本书首先对近场光学和表面等离激元作简要概述,然后基于微纳加工技术对SPPs 纳米结构的制备、SNOM 对SPPs 近场光学信号的表征以及FDTD 对实验结果的模拟计算,对金属环形结构SPPs 聚焦、半导体纳米带SPPs 波导、纳米结构SPPs 耦合以及SPPs 共振场增强效应的应用展开了详细研究,实现了亚波长单点聚焦、波导调控、颗粒捕获及LED 发光增强等,为纳米尺度光学集成回路的构筑奠定了基础。

  本书由方哲宇编著,并由北京大学朱星教授对全书进行了审核。书中不妥之处,欢迎各位读者批评指正。

 

  目录

 

  第1 章绪论

  1.1 近场光学

  1.2 表面等离激元学的发展

  1.3 表面等离激元学的应用和需解决的问题

  1.4 本书内容安排

  第2 章近场光学显微术和表面等离激元简介

  2.1 近场光学显微术的基础知识

  2.2 表面等离激元的基础知识

  2.3 表面等离激元的基础知识

  第3 章金属环形结构对表面等离激元聚焦的研究

  3.1 概述

  3.2 环形刻槽的表面等离激元聚焦

  3.3 环形围栏的表面等离激元聚焦

  3.4 环形结构的表面等离激元聚焦理论分析

  3.5 本章小结

  第4 章基于半导体纳米带表面等离激元波导的研究

  4.1 概论

  4.2 基于硫化镉纳米带表面等离激元的激发

  4.3 基于硫化镉纳米带表面等离激元的传播

  4.4 基于三角形硫化镉纳米带表面等离激元的聚焦

  4.5 半导体纳米带表面等离激元波导的出光颜色调制

  4.6 本章小结

  第5 章表面等离激元结构耦合的研究

  5.1 引言

  5.2 平面内表面等离激元的耦合聚焦及背景信号分离

  5.3 纳米光学天线和银纳米线间表面等离激元的耦合

  5.4 本章小结

  第6 章表面等离激元共振场增强效应的应用

  6.1 前言

  6.2 聚焦表面等离激元对聚苯乙烯小球的捕获

  6.3 表面等离激元共振增强对氮化镓器件出光增强的研究

  6.4 本章小结

  第7 章总结与展望

  7.1 主要工作与创新

  7.2 SPPs 研究展望

  参考文献

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