棒状手性微纳结构的圆二色性研究

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手性结构广泛存在于自然界中,生物的基本构成单元蛋白质与DNA其实也是手性结构。虽然手性结构与其对映体的基本物理性质相似但是化学性质却截然不同,所以识别手性结构在生物与化学等研究领域中具有极其重要的意义。而对于手性结构进行检测则往往需要利用到圆二色性。圆二色性这一性质广泛存在于手性结构中,表现为对左旋圆偏振光与右旋圆偏振光的区别吸收。而传统的光电探测仪器往往较为庞大,不利于集成实现微型化与多功能化。然而通过人造亚波长超颖结构,研究者往往能获得很多新奇的性质并且结构的尺寸也利于集成,很好地克服了传统技术的缺点。基于以上考虑,本论文设计了两种棒状超颖结构阵列,通过时域有限差分法对结构进行模拟,研究其在圆偏振光入射条件下的圆二色性。在本论文中获得的研究结果主要体现如下:1.通过琼斯矩阵对一类棒状结构进行运算,探究其对光场的调控。通过计算发现棒状结构主要通过几何参数还有旋转的角度两个方面对光场进行调控。其结果可以为今后棒状手性结构的设计提供借鉴。2.本文提出了双层手性纳米银棒结构,并对该结构的圆二色性效应与物理机制进行了研究。计算了银棒长度与宽度对圆二色性峰值的影响且优化了其几何参数。并通过研究下层棒的旋转角度实现了最大的圆二色性峰值。结果表明该类结构的圆二色性对上下层棒的几何结构较为敏感,对类似手性结构的设计具有指导意义。3.本文提出了三层手性棒状结构,通过时域有限差分法对该结构进行模拟计算,从而研究了该结构的圆二色性效应。通过改变下层棒的旋转角度,该结构实现了对入射光圆二色性的反转。经过对结构参数的优化实现最大0.969的圆二色性峰值。通过引入狄拉克半金属,该结构可以借助改变狄拉克半金属的费米能实现在12微米范围内对圆二色性峰值对应波长的动态调节。并且本文还对该类结构对于入射光的偏振转换进行了研究。通过改变入射光的入射角与上下层棒的相对位置本文发现该结构在斜入射与位置偏移的情况下都有较强的鲁棒性。
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