本书首先介绍了表面等离激元研究的背景和意义,综述了超快等离激元动力学演化的研究进展;然后描述了表面等离激元的产生及基本特性,并给出了超快等离激元动力学演化过程的理论解释,同时对纳米结构等离激元的控制做了理论分析;最后借助ITR-MPPEEM技术对纳米蝶形结构和石门结构中的超快等离激元动力学演化过程进行了近场成像表征。并且,研究了飞秒激光脉冲的偏振角度对蝶形纳米结构产生的等离激元场分布以及动力学演化的影响。
超快等离激元由于具有亚波长局域、局域近场增强等独特的性质,使人们能够在飞秒时间、纳米空间尺度上操纵和控制光子,为实现全光集成,发展更小、更快和更高效的新型纳米光子学器件提供了一条有效的途径。它在光计算、光存储、光催化、纳米集成光子学、光学传感、生物标记、医学成像、太阳能电池以及表面增强拉曼光谱等领域有着重要的应用,因而受到物理学、材料科学、纳米科技等领域研究人员的极大关注。特别是近年来,随着超快激光技术的发展,使用超快激光照射纳米尺度金属结构所形成的超快等离激元不仅具有传统等离激元的亚波长空间尺度特性,同时还具有飞秒量级时间尺度特性,这使得在极小时间尺度揭示光与等离激元相互作用机制以及等离激元演化过程成为可能。而超快等离激元场动力学演化过程的直接表征与控制则是人们在此方面进一步深入研究的前提条件和必要技术支撑。
本书总结了目前在超快等离激元研究领域中前沿的研究成果和研究手段,基于纳米结构中超快等离激元的物理特性,着重对超快等离激元动力学演化的表征与控制进行了细致的阐述。具体安排如下。
□□章,对纳米结构产生的表面等离激元的研究进展进行了综述,介绍了等离激元在各个领域的应用概况,包括等离激元在太阳能电池、传感与生物医疗领域的应用,并对等离激元的实验表征方法以及超快等离激元动力学过程及其控制研究进展进行了介绍。
第□章,介绍了超快等离激元动力学演化的表征与控制所涉及的相关理论,包括等离激元激发的基本理论、等离激元的动力学过程、等离激元的控制以及光电子辐射过程。
第3章,对纳米结构中超快等离激元动力学过程进行了成像研究。本章系统研究了不同偏振方向飞秒激光作用蝶形纳米结构的超快等离激元动力学时间演化过程。此外,对p偏振态的飞秒激光作用纳米线的不同位置以及不同尺寸纳米线相对应位置的动力学时间演化过程进行了表征。
第4章,开展了金石门纳米结构中超快等离激元动力学过程的表征研究。本章系统研究了p偏振7 fs脉冲宽度的激光作用不同尺寸的金石门纳米结构产生超快等离激元的动力学时间演化过程,并模拟计算了宽光谱超快激光照射金石门纳米结构的等离激元场分布情况及其时间演化过程。
第5章,开展了纳米结构中超快等离激元的控制研究。本章系统研究了飞秒激光脉冲的偏振角度对金蝶形纳米结构产生等离激元场分布的影响,以及两束偏振方向相交的飞秒脉冲的时间□□(两束脉冲的相对位相)对金蝶形纳米结构产生等离激元场分布的影响。通过改变飞秒激光脉冲的相位在纳米空间、飞秒时间尺度上实现了对金蝶形纳米结构产生超快等离激元的控制。同时,使用FDTD方法计算了不同偏振角度下蝶形纳米结构等离激元的电场分布,进一步对两束相互正交的光场激发纳米结构的等离激元场分布进行了研究。
在本书编写过程中,参阅了许多相关资料,借鉴了很多专业学者的研究成果,对此,向他们表示由衷的感谢和敬意。感谢长春理工大学超快光学实验室林景全教授对本书编写的大力支持,同时,对于本书编写提供帮助的陶海岩等老师以及同学表示感谢。□后感谢家人对我工作的支持与理解。由于作者能力有限,难免有所疏漏,敬请各位读者批评指正。
第1章 绪论
1.1 超快等离激元研究背景及意义
1.2 纳米尺度等离激元研究及应用概况
1.3 超快纳米尺度等离激元研究概况
1.4 等离激元的实验表征方法
1.5 超快等离激元动力学过程及其控制研究进展
1.6 小结
第2章 表面等离激元的相关理论
2.1 表面等离激元
2.1.1 局域表面等离激元共振
2.1.2 表面等离极化激元
2.2 超快等离激元动力学理论
2.2.1 单个谐振子
2.2.2 两个未耦合谐振子
2.2.3 两个耦合谐振子
2.3 超快等离激元控制理论
2.4 局域场的光电子辐射过程
2.5 小结
第3章 金蝶形及线形纳米结构中超快等离激元的动力学实验研究
3.1 金蝶形纳米结构中超快等离激元的动力学研究
3.1.1 实验装置及实验原理描述
3.1.2 两干涉飞秒脉冲22零点的调节
3.1.3 多光子光电子辐射过程的阶数确定
3.1.4 不同激发源作用蝶形纳米结构的PEEM图像
3.1.5 p偏振飞秒激光作用蝶形纳米结构超快动力学过程的研究
3.1.6 入射飞秒激光的偏振方向对蝶形纳米结构超快动力学过程的影响研究
3.2 纳米线结构中超快等离激元的动力学研究
3.2.1 实验装置
3.2.2 不同激发源作用纳米线的PEEM图像
3.2.3 纳米线结构中超快等离激元的动力学过程研究
3.2.4 实验获得单一热点等离激元的消相位时间
3.3 小结
第4章 金石门纳米结构中超快等离激元的动力学实验研究
4.1 石门纳米结构中超快等离激元的动力学研究
4.1.1 实验装置
4.1.2 不同激发源作用石门纳米结构的PEEM图像
4.1.3 石门纳米结构等离激元电场分布的理论模拟
4.1.4 石门纳米结构中超快等离激元的动力学研究
4.2 小结
第5章 金蝶形及银方块形纳米结构中超快等离激元的控制研究
5.1 银方块结构中超快等离激元的控制研究
5.1.1 实验装置
5.1.2 不同激发源作用银方块结构的PEEM图像
5.1.3 银方块结构中超快等离激元的控制研究
5.2 金蝶形纳米结构中超快等离激元的控制研究
5.2.1 实验装置
5.2.2 蝶形纳米结构等离激元场控制的理论模拟方法
5.2.3 单束飞秒激光偏振方向对超快等离激元的控制研究
5.2.4 不同偏振角度的光场激发纳米结构的电场分布定性解释
5.2.5 两束正交光脉冲的相对22对超快等离激元的控制研究
5.2.6 两束非正交光脉冲的相对22对超快等离激元的控制研究
5.3 小结
参考文献