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表面等离激元是金属表面自由电子与电磁波相互耦合所形成的电磁模,它具有将电磁能量限制在亚波长尺度范围的特点以及非线性光学增强效应,能突破衍射极限,在纳米光子学、生化传感、近场光学等领域有着广泛的应用前景。本论文利用时域有限差分方法,研究生物分子与金属微纳结构表面等离激元响应相互作用机理。分析了三种生物分子(即还原性细胞色素c分子、牛血清白蛋白分子、1,2,3,4,6-0-五没食子酰基葡萄糖)与对应的三种金属结构(即金属纳米颗粒阵列结构、金属纳米单缝结构、金属纳米光栅结构)表面等离激元响应电磁相互作用,探求三种生物分子对其对应的金属微纳结构光学性质的影响。我们的研究结论有助于探索生物分子的简单、灵敏、便捷、快速的检测和识别方法,为将来研制金属纳米生物传感器等器件提供理论基础。本文具体研究结论如下:1、研究含有还原性细胞素色c分子层的金属纳米颗粒阵列结构的光学性质。随着还原性细胞素色c分子层的引入,表面等离激元响应能量能直接转移到还原性细胞素色c分子上,导致了消光谱波峰上出现劈裂现象。消光谱中的劈裂谷波长是由还原性细胞素色c分子吸收峰所决定的。同时,我们分析了该结构几何参量的改变对其消光谱曲线的影响:当金属纳米颗粒长度L增加时,消光谱波峰发生红移现象;颗粒宽度W增加时,消光谱波峰发生蓝移现象;周期P增加时,消光谱波峰发生红移现象.;当生物分子层数N增加时,消光谱波谷深度会增加,但是波谷位置不会改变。2、分析了覆盖牛血清白蛋白分子层对金属纳米单缝结构的光透射性质的影响。我们发现,随着牛血清白蛋白分子层的介入,金属纳米单缝结构有效折射率增加,致使透射峰波峰发生红移现象。透射峰的峰位与峰值还能被单缝的宽度、厚度等参数以及分子层数所调控:当金属单缝宽度W增加时,透射峰发生蓝移;单缝厚度h与分子层数N增加时,透射峰波长向长波长区域移动。3、探索了含1,2,3,4,6-O-五没食子酰基葡萄糖分子层对金属纳米光栅结构光透射性质的影响。1,2,3,4,6-O-五没食子酰基葡萄糖分子导致金属纳米光栅结构周边介质环境的有效折射率增加,从而使表面等离激元共振峰波长增加。我们还发现金属几何参数的改变可以控制表面等离激元共振峰波长和峰值大小:当光栅宽度W增加时,透射峰发生蓝移现象;光栅厚度h增加时,透射峰发生红移现象;分子层数N增加时,透射峰也会发生红移现象。