【摘 要】
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近年来,高折射率介质纳米结构吸引了很多研究者的目光,因为它们既可以带来相对更小的光损耗,还可以提供一些电多极或磁多极共振模式。高折射率介质纳米结构将在许多应用中发展,包括纳米天线,非线性光学,超材料和超表面等,并在其中补充或者逐渐取代传统的金属纳米结构。因此,本课题以电介质纳米盘为基础,针对光的散射问题,研究了介质纳米天线的电磁共振模式。介质纳米结构的电磁响应为纳米级电场和磁场提供了丰富的光学操纵
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近年来,高折射率介质纳米结构吸引了很多研究者的目光,因为它们既可以带来相对更小的光损耗,还可以提供一些电多极或磁多极共振模式。高折射率介质纳米结构将在许多应用中发展,包括纳米天线,非线性光学,超材料和超表面等,并在其中补充或者逐渐取代传统的金属纳米结构。因此,本课题以电介质纳米盘为基础,针对光的散射问题,研究了介质纳米天线的电磁共振模式。介质纳米结构的电磁响应为纳米级电场和磁场提供了丰富的光学操纵平台。首先,我们证明了单个纳米介质盘能形成anapole模式。纳米介质盘选用的是Si(硅)纳米盘。我们通过近场分布和远场分布可以确定anapole模式的存在,通过多级展开进一步分析证实。Anapole模式的明显特征是远场散射谱图出现极小值和相对较高的近场增强。我们对纳米介质盘进行了几何共振调谐,证实了半径R和厚度h分别为150 nm和100 nm的Si纳米盘存在anapole模式。然后,我们在单个介质纳米盘的基础上,从理论上研究了两个堆叠的全电介质纳米盘的近场耦合,其中每个盘都具有由ED(电偶极子)模式和ETD(电环形偶极子)模式组成的电anapole模式。两个纳米盘的ETD模式可能会发生成键杂化和反键杂化。ETD的成键杂化可以与二聚体的电偶极子模式干涉相消并激发出新的电anapole模式。ETD模式的反键杂化可以激发纳米盘二聚体的MTD(磁环偶极子)响应。二聚体的MTD和MD(磁偶极子)共振形成磁anapole模式。因此,二聚体的散射光谱出现了与杂化模式相关的两个波谷。此外,MTD模式还伴随有ETQ(电环形四极)模式。ETD的杂化和相应的高阶电磁模式可以通过纳米盘的几何形状大小进行调谐。简单的全电介质纳米结构中的强anapole模式耦合和相应的丰富的高阶模式响应可以为纳米级光学操作提供新的机会。最后,我们在堆叠纳米盘的基础上,构建了金属-介质复合纳米天线结构。在理论上,研究了复合纳米天线的anapole-等离激元共振的强耦合。复合结构由一个由金属等离激元纳米天线和堆叠介质纳米盘组成,堆叠纳米盘中间放置小型等离激元纳米天线,其中纳米介质盘是Si盘,等离激元纳米天线是Au(金)纳米棒。并对复合天线进行几何共振调谐。复合纳米天线相较于堆叠纳米盘有较强的场增强。
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