表面等离激元(SPP)具有很强的电磁场局域增强特性,当其与荧光分子相互作用时,可以增加电子吸收和衰减速率,从而导致荧光发射效率的提高。因此,表面等离激元成为提高发光二极管(LEDs)、激光二极管(LDs)、太阳能电池等器件性能的有效手段,在生物成像、光学传感和纳米光子学上具有潜在应用价值。近年来,金属纳米结构由于支持多种表面等离激元共振模式而受到了广泛关注。通过构造金属纳米结构,可以对荧光辐射进行调控。本文设计了金属-介质-金属(MDM)纳米天线阵列,采用偶极近似的方法,计算了不同结构参数下的单个金属-介质-金属纳米颗粒的极化率张量,利用时域有限差分(FDTD)的方法模拟了 MDM纳米天线阵列的透射谱和反射谱以及电磁场分布。分析了结构中局域表面等离激元模式(LSP mode)和磁共振等离激元模式(MPP mode)的模式特性以及激发光偏振调控的模式变化。进一步将偶极子光源放在介质层中模拟了该纳米天线阵列结构对荧光分子发光过程的调控。本论文的主要研究内容如下:1.从单颗粒的电磁特性入手,通过测量纳米颗粒对两束入射方向相反的平面波的远场散射场,得到颗粒的电磁极化率张量曲线,并进一步分析得到颗粒的电共振和磁共振波长。通过对电磁共振波长处电场矢量和电场强度的分析,确定这两个共振模式分别为局域表面等离激元共振模式和磁共振等离激元模式。改变颗粒的结构参数,实现对单个金属-介质-金属纳米颗粒共振波长的调控。2、将单个金属-介质-金属纳米颗粒排列成金属-介质-金属纳米天线阵列,利用极化率张量计算和时域有限差分的方法研究了 MDM纳米天线阵列中的多种电磁共振模式特性,电磁共振波长对结构参数的依赖关系,以及入射光场的偏振对局域电磁场空间分布的调控作用。3、将偶极子光源放在MDM纳米天线阵列的介质层中,模拟了结构对荧光分子发光的调控。证明了荧光分子的辐射和非辐射衰减速率、量子效率、偏振特性、辐射方向性均受到了结构模式的调控,通过改变激发光的偏振方向可以在一定范围内对荧光发射谱进行调控。本论文创新点:1、设计了 MDM纳米天线阵列结构,系统地研究了不同结构参数下的模式特性。在周期远小于波长的不对称介质环境中,该结构只支持LSP模式和MPP模式,共振波长不受结构周期的影响,且可以通过改变入射光偏振对共振波长进行调谐。2、基于MDM纳米天线阵列的光场局域性及共振波长可调谐特性,通过仿真模拟的方法表明对于放置在介质层中的荧光分子,MDM纳米天线可以提高分子的辐射和非辐射衰减速率以及量子效率,可以调控荧光远场辐射的偏振特性并且增强远场辐射的方向性。模拟结果对相关的实验具有良好的指导意义,为发光过程调控及纳米激光实现提供了理论依据。