纳米结构的局域表面等离子体共振特性数值研究

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金属纳米结构的局域表面等离子体共振(LSPR)因在许多领域具有潜在的应用价值而备受研究者的关注。传感特性和近场增强特性是LSPR的两大特性,其共振频率位置、近场增强程度受到纳米结构的粒子大小、形状、材料的影响。本文运用三维时域有限差分法(3D-FDTD)研究三角面形纳米结构的几何参数与传感区域的选择对其LSPR相关特性的影响。论文首先论述了局域表面等离子体共振的相关理论及三角面形纳米结构的建模过程,然后针对纳米传感器的应用运用3D-FDTD分别研究了单、双三角面形纳米结构的LSPR特性,考察了它们的几何参数(三角形的高度、顶角的大小、顶点曲率半径、顶点间距)对LSPR光学特性、传感特性和近场增强的影响,最后研究了传感介质位置的选择对折射率灵敏度的影响。主要模拟结果有:1)三角形的高度、顶角的大小、顶点曲率半径对两种结构的折射率灵敏度影响都分别具有一次、二次、三次函数影响趋势,且在几何参数相同的情况下,双三角面形具有更大的灵敏度和平均近场增强;2)三角形顶点间距对双三角面形纳米结构的灵敏度和近场增强最大值的影响曲线都具有指数函数形式;3)不同区域的传感介质对结构的折射率灵敏度具有不同程度的影响。传感介质区域的近场增强程度越高,对结构的折射率灵敏度贡献就越大,且正反传感区域的灵敏度之和与整块覆盖层区域作为传感介质时的灵敏度在误差范围内相同。
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