表面等离激元技术研究及其应用

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石墨烯表面等离激元

石墨烯表面等离激元引言：人类对于材料科学的探索一直没有停止，而石墨烯的发现则为人们打开了一扇全新的窗户。

石墨烯作为一种二维材料，具有许多出色的特性，其中之一就是其表面等离激元的特性。

本文将重点介绍石墨烯表面等离激元的奥秘以及其在纳米科技领域的应用。

一、石墨烯的简介石墨烯是一种由碳原子构成的单层薄片，具有高度的机械强度和导电性。

它的发现让人们对材料科学产生了巨大的兴趣。

石墨烯的结构使得它成为了研究二维材料特性的理想平台，也为表面等离激元的研究提供了新的机会。

二、表面等离激元的概念表面等离激元是指当光线与金属或半导体表面接触时，激发出的一种电磁波的电磁场分布。

这种波动形式在纳米尺度下表现出奇特的性质。

石墨烯表面的等离激元具有巨大的研究潜力，并在许多领域有着广泛的应用。

三、石墨烯表面等离激元的特性1. 增强光与物质相互作用：石墨烯表面等离激元可增强光的吸收、散射和发射，加强光与物质的相互作用。

这一特性在光电子学、纳米光学和光热转换等领域有着广泛应用。

2. 超快光学响应：石墨烯表面等离激元的特性使其能够实现超快光学响应，对于高速光通信和超快光学器件的发展具有重要意义。

3. 可调控的光学特性：通过调控石墨烯表面等离激元的特性，可以实现对光学信号的调制和控制。

这一特性在光学传感、信息处理和光学调制等领域具有广泛应用前景。

四、石墨烯表面等离激元的应用1. 光电子学器件：石墨烯表面等离激元的特性使其成为光电子学器件的理想材料。

例如，石墨烯等离激元透镜可以用于纳米光子学器件中的聚焦和成像。

2. 光传感器：基于石墨烯表面等离激元的光传感器可以实现高灵敏度的检测，对于环境污染、生物分子检测等领域具有重要作用。

3. 纳米光子学：石墨烯表面等离激元在纳米光子学中有着广泛的应用。

例如，通过调控石墨烯表面等离激元的特性，可以实现纳米尺度下的光场操控和传输，为纳米光子学器件的发展提供了新的思路和方法。

五、结语石墨烯表面等离激元作为石墨烯材料的一种独特特性，具有巨大的研究潜力和广泛的应用前景。

表面等离激元技术的研究及其应用

表面等离激元技术的研究及其应用表面等离激元（Surface plasmon）是一种在金属表面上发生的电磁波传播形式。

它是由金属中的自由电子通过共振相互作用而引起的。

在表面等离激元现象中，电磁波通过金属表面上的自由电子运动来传播，形成一种局域电磁波场。

近年来，表面等离激元技术被广泛应用于生物化学、物理学、光电学等领域中，发展迅速。

本篇文章将探讨表面等离激元技术的研究及其应用。

一、表面等离激元的研究表面等离激元的研究起源于19世纪末，当时研究人员注意到金属颗粒表面上的电场强度比体内电场强度大得多。

20世纪初，通过对金属的光电子研究，研究人员发现表面等离激元相当于金属表面上的局域振荡，这种振荡引发了电磁波的共振。

随着科学技术的发展，表面等离激元的研究也得到了进一步的深入。

20世纪中叶，科学家们开始在新材料、新技术、新装置等方面进行实验研究，以提高表面等离激元的性能和应用。

二、表面等离激元技术在生物化学中的应用1.表面等离激元技术在蛋白质分析中的应用表面等离激元技术可用于生物大分子的检测和分析。

例如在蛋白质研究中，可以将蛋白质样品吸附在金属表面上，然后通过表面等离激元的共振效应来测量蛋白质的折射率和吸收性。

2.表面等离激元技术在细胞成像中的应用通过表面等离激元技术，可以直接观察和检测生物细胞内的化学成分。

利用表面等离激元的高分辨率，可以对微生物和癌细胞的细胞膜进行成像，检测其组成和生理功能。

三、表面等离激元技术在物理学中的应用1.表面等离激元技术在太阳能电池中的应用太阳能电池的最大问题是其转换效率限制。

利用表面等离激元技术，可以设计出具有更高转换效率的太阳能电池。

在新型太阳能电池的研究中，利用表面等离激元的特性来提高太阳能电池的光吸收效率，从而提高电能产生能力。

2.表面等离激元技术在传感器中的应用表面等离激元技术在传感器中被广泛应用。

传感器通常用于溶解性分析、光谱学分析、气体检测、生物标记物检测和环保监测等，表面等离激元技术能够提供高分辨率和灵敏度，从而提高传感器的性能。

表面等离激元的应用

表面等离激元的应用表面等离激元是一种在金属表面上产生的一种特殊电磁波，它具有非常有趣的光学性质和应用潜力。

在过去的几十年里，科学家们对表面等离激元进行了广泛的研究，并在光电子学、传感器和纳米技术等领域中取得了一系列重要的应用成果。

本文将介绍表面等离激元的基本原理和几个重要的应用领域。

让我们来了解一下表面等离激元的基本原理。

表面等离激元是一种电磁波与金属表面上的自由电子相互作用的结果。

当光束照射到金属表面上时，光子与金属表面的电子相互作用，产生一种集体激发，即表面等离激元。

表面等离激元具有与光子相似的特性，例如具有特定的频率、波长和传播速度。

通过调节金属表面的形状和材料，可以控制表面等离激元的性质，从而实现对光的操控和调制。

表面等离激元在光电子学中有着广泛的应用。

其中一项重要的应用是表面等离激元传感器。

由于表面等离激元对金属表面附近的物质非常敏感，可以利用表面等离激元传感器来检测和分析微量的物质。

例如，通过将特定的分子吸附在金属表面上，当目标分子与表面等离激元相互作用时，会引起表面等离激元的共振频率发生变化。

通过测量这种频率变化，可以实现对目标分子的高灵敏度和高选择性的检测。

表面等离激元传感器在生物医学、环境监测和食品安全等领域具有重要的应用前景。

另一个重要的应用领域是表面等离激元光学器件。

通过利用表面等离激元的特殊光学性质，可以实现对光的传输、调制和控制。

例如，表面等离激元波导可以将光束引导到金属表面附近的微观区域，从而实现对光的局域化和增强。

这种局域化效应可以用于提高光子器件的性能，例如增强光子晶体激光器的输出功率和调制速度。

此外，表面等离激元还可以用于制备超透镜、超材料和光学超分辨显微镜等器件，这些器件在光学成像和信息存储等领域具有重要的应用潜力。

除了上述应用外，表面等离激元还在纳米技术中发挥着重要的作用。

由于表面等离激元具有特定的波长和传播速度，可以利用表面等离激元来实现纳米尺度的光子学器件和纳米结构的制备。

表面等离激元技术在传感领域中的应用

表面等离激元技术在传感领域中的应用随着科技的不断进步，传感器技术的广泛应用改变了我们的生活方式。

作为一种新兴而且快速发展的技术，表面等离激元技术在传感领域中的应用也越来越受到人们关注。

本文将介绍表面等离激元技术的基本原理和应用于传感领域中的优势，以及目前一些典型的传感器的实际应用情况。

一、表面等离激元技术的基本原理表面等离激元技术是一种基于表面等离子体共振原理的物理现象。

在这种现象中，当电磁波遇到一种金属表面时，它会产生一系列了相干的电子激发状态，并产生等离子体波。

这种表面等离激元简称为SPP。

SPP具有在金属表面上存在，垂直于表面传播的性质。

表面等离激元技术通过利用这种现象，使电磁波与金属表面上的等离激元相互作用，从而可实现高灵敏度的传感。

表面等离激元技术主要通过两种方法实现：基于与表面等离激元耦合的光学激发和基于表面等离激元共振的物理激发。

二、表面等离激元技术在传感领域中的优势由于其高灵敏度、快速响应、非侵入性和选择性等特点，表面等离激元技术成为了传感器领域中非常重要的技术手段。

相比于传统的机械传感器和电磁传感器，表面等离激元传感器具有以下几个优势。

1.高灵敏度：表面等离激元技术可以实现纳米级别的检测精度。

当波长与SPP的共振波长相等时，SPP将在表面被激发，从而产生强烈的电磁场信号。

这种特性可以被用来检测非常小的物质变化或者微小的物理特性变化。

2.非侵入性：表面等离激元技术可以通过非侵入性的方法实现检测。

相比于传统的传感器，表面等离激元传感器无需直接接触被检测样本，因此对样本的污染小、损伤少。

3.快速响应：表面等离激元技术在感应作用下产生了强烈的电磁场信号，可以快速响应物质的变化。

响应速度比传统传感器更快。

4.选择性：表面等离激元技术可以通过合适的表面修饰、特定的感光层和吸附层的选择等手段实现特定样品的选择性识别。

三、表面等离激元技术已经被广泛应用于生物医学、环保、军事和食品安全等领域。

以下将介绍一些典型的传感器的实际应用情况。

表面等离激元塔姆态及其应用研究

AbstractAbstractSurface plasmon polaritons (SPPs) , profited by the unique electromagnetic field confinement and localized field enhancement, have developed into an important subfield of nano-optics. Until now, SPPs have been intensively applied in enhancing nonlinearities, surface-enhanced Raman scattering, surface-enhanced fluorescence, nanosensor, all-optical circuits, optical communication and signal processing. Plasmonic Tamm states (PTSs), as a new type of nanoscaled Tamm states, have combined the advantages of SPPs and optical Tamm states. In this dissertation, we investigated the PTSs in insulator-metal-insulator (IMI) and metal-insulator-metal (MIM) waveguides and the related applications in electromagnetic nanofocusing and photonic integration with the help of the impedance-based transfer matrix method. The key works and results are shown as follows:(1) Based on the transmission line theory, we have deduced the impedance-based transfer matrix (TMM), which is applicable to analyze the periodic structure in plasmonic waveguide. And the approximate expression of 3D impedance is proposed. Meanwhile, the main idea of finite difference time domain method (FDTD) is analyzed according to the curl equation of Maxwell's equations.(2) The PTSs configuration based on the MIM waveguide is proposed by periodically modulating the width of the insulator, in which the nanofocusing of the free-space optical energy is realized assisted by the air-gap coupler. The effective couplings between free space light and SPPs modes are realized with high coupling efficiencies for both 2D and 3D configurations at the resonant wavelength, moreover, the electromagnetic field intensities are enhanced by three orders of magnitude. Besides the field confinement in the perpendicular direction, the field is confined along the propagative direction. Compared to the traditional V-shaped plasmonic waveguide, the experimental fabrication is achievable with standard nanofabrication techniques such as electron-beam lithography and focused ion beam milling, which greatly reduce the processing difficulties.Abstract(3) A new type of PTSs based on IMI bragg reflector is designed by periodicmodulation of the dielectrics surrounding the metal core. Two independent IMI PTSscan be excited in the same configuration that are related to the even and odd modes inthe IMI waveguide. In addition to the realization of prominent electromagneticenhancement, the system can work as an optical switch via the transition between thetwo modes at resonant wavelength. The extinction ratio can reach 18.83 for periodN=at wavelength 1550 nm. These features offer IMI PTSs great number 8potentials for the integrated photonic devices and all-optical circuits.Key Words: Surface plasmon polaritons; plasmonic Tamm states; impedance-base;nanofocusing; all-optical switch第一章目录目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (IV)第一章绪论 (1)第一节表面等离激元 (1)1.1.1 金属-介质结构单层分界面处的表面等离激元 (1)1.1.2 表面等离激元波导的模式特性 (6)1.1.3 表面等离激元的应用 (10)第二节表面等离激元塔姆态 (12)1.2.1 光学塔姆态 (12)1.2.2 表面等离激元塔姆态 (15)第三节本论文主要内容 (17)第二章数值模拟方法 (19)第一节基于阻抗匹配的传输矩阵方法 (19)第二节时域有限差分法 (22)第三节本章小结 (24)第三章表面等离激元塔姆态的自由光场纳米聚焦与增益 (25)第一节2D空气隙PTSs结构电磁场增益结果与分析 (25)第二节3D空气隙PTSs结构电磁场增益结果与分析 (29)第三节PTSs系统的Purcell因子分析 (32)第四节本章小结 (34)第四章基于IMI波导的表面等离激元塔姆态 (36)第一节PTSs结构与设计方法 (36)第二节IMI PTSs共振分析 (37)第三节本章小结 (42)第一章目录第五章总结与展望 (43)第一节总结 (43)第二节展望 (44)参考文献 (47)致谢 (53)个人简历在学期间发表的学术论文与研究成果 (54)第一章绪论第一章绪论光子学是研究光子的特性、光子与物质相互作用及其应用的新兴物理学分支。

表面等离激元共振技术在化学分析中的应用

表面等离激元共振技术在化学分析中的应用表面等离激元共振技术是一种近年来在化学分析领域备受关注的新兴技术。

它利用纳米结构和光学等离激元的相互作用，可以实现对化学分子的高灵敏度检测和谱学分析。

本文将从表面等离激元的基本原理、应用于化学分析的优势以及具体的应用案例三个方面阐述表面等离激元共振技术在化学分析中的应用。

表面等离激元是一种集体震荡模式，当光波与金属或其他材料的界面相互作用时产生。

这种相互作用可以增强电磁波的局域化，使光场与介质之间的相互作用增强。

这种增强效应在化学分析中可以用于增强光信号的散射、吸收和发射等过程，从而提高检测的灵敏度。

同时，由于表面等离激元的共振特性，可以选择特定的波长进行激发和检测，增加分析的选择性。

在化学分析中，表面等离激元共振技术具有多种优势。

首先，由于等离激元仅在与金属表面极为接近的几纳米范围内存在，因此可以实现对样品的高灵敏度检测。

其次，由于等离激元受光波波长的影响，可以用于实现对不同分子的选择性检测。

再次，等离激元共振技术可以与其他光学和电化学技术相结合，形成多功能的分析平台。

最后，等离激元共振技术还可以实现对材料的纳米结构和纳米粒子的表征，对材料科学和纳米技术的研究具有重要意义。

在化学分析中，表面等离激元共振技术已经得到了广泛的应用。

其中一个重要的应用领域是生物分析。

由于等离激元技术对分子的特异性敏感，可以实现对生物分子的高灵敏度和选择性检测。

例如，可以通过等离激元共振技术实现对生物分子的定量检测，如蛋白质、核酸和糖类等。

此外，等离激元共振技术还可以用于生物传感器的设计和构建，实现对细胞、细菌和病毒等微生物的检测。

另一个重要的应用领域是环境分析。

表面等离激元共振技术可以实现对环境中的微量有机物和无机物的检测。

例如，可以通过等离激元技术对水中的水污染物、土壤中的土壤污染物以及大气中的挥发性有机物进行监测和分析。

这些分析数据可以为环境保护和环境治理提供重要依据。

此外，表面等离激元共振技术还被应用于材料科学和纳米技术的研究。

表面等离激元的激发及探测

表面等离激元的激发及探测表面等离激元是一种位于金属表面的电磁波，可以激发金属表面的电子形成共振，产生强烈的电磁场，具有极高的局域化和增强性质。

在生物分子、化学分析、光学传感等领域中，表面等离激元技术得到了广泛的应用。

本文将介绍表面等离激元的激发及探测方法，并讨论该技术在化学和生物研究中的应用。

一、表面等离激元的激发方法表面等离激元的激发方法主要有三种：光学激发、电学激发和粒子束激发。

其中，光学激发是最为常见的激发方式，它通过在金属表面正入射激光束来产生表面等离激元。

当入射激光与金属表面的电子相互作用时，电子自由波和表面等离激元耦合，从而形成表面等离激元波。

二、表面等离激元的探测方法表面等离激元的探测方法主要有两种：光学探测和电学探测。

其中，光学探测是最为常用的探测方式。

在光学探测方法中，激发表面等离激元的激光通过光学系统导入与表面等离激元耦合的探测光纤或另一探测器上，以测量表面等离激元的共振谱。

在电学探测中，可以通过测量表面等离激元场的局部电流或电势，来间接测量表面等离激元的特性。

三、表面等离激元在化学研究中的应用表面等离激元在化学分析领域中有着广泛的应用。

例如，在表面等离激元拉曼光谱（SERS）中，表面等离激元与修饰金属表面上的分子共振，从而增强了分子的拉曼散射信号，可以对弱信号化合物进行高灵敏度和高选择性的检测。

此外，表面等离激元还可以通过测量表面等离激元感应荧光（SEF）来实现生物分子的检测。

利用表面等离激元产生的强烈电磁场，可以将荧光分子的荧光增强数千倍以上，从而实现对极低浓度的生物分子的检测。

四、表面等离激元在生物研究中的应用表面等离激元技术在生物学研究中也有广泛的应用。

例如，在蛋白质结构研究中，表面等离激元可以用来研究蛋白质的自组装过程以及蛋白质分子之间的相互作用；在单分子检测中，表面等离激元可以将单个分子的激发局限在一特定区域内，从而实现对单个分子的定位和监测，为分析和理解生物分子的自组装、相互作用和反应提供了新的手段；同时表面等离激元还可用于测量细胞膜的介电常数，从而实现对细胞膜性质的非侵入式测量。

表面等离激元光学技术发展

表面等离激元光学技术发展近年来，表面等离激元光学技术作为一项前沿科学技术，受到了广泛的关注和研究。

它以研究金属和绝缘体界面上的等离子体激元能态为基础，通过光学手段实现了精确控制和操纵光的行为，被广泛应用于纳米光学、传感器技术、信息存储以及光子集成等众多领域。

随着相关技术的不断突破和发展，表面等离激元光学技术正朝着更加广泛的应用领域迈进。

表面等离激元光学技术的发展得益于材料科学和纳米技术的进步。

传统的光学理论无法很好地解释金属与光的相互作用，特别是在纳米尺度下。

而表面等离激元的光学行为正是在金属和绝缘体界面上形成的，所以它能更好地满足纳米光学研究的需求。

近年来，随着纳米材料的制备和加工技术的突破，表面等离激元光学技术得到了长足的发展。

金纳米颗粒、纳米孔阵列、金属纳米带等纳米结构材料的制备和组装，为表面等离激元光学技术的研究提供了有力的支持。

表面等离激元光学技术在纳米光学领域的应用是一大亮点。

纳米尺度下光与物质相互作用的特殊性质决定了它在光子学研究中的独特作用。

例如，在纳米光子学器件中，表面等离激元光学技术可以将光的能量集中到纳米尺度的区域内，从而实现光场的局域化和增强，提高了光子器件的性能。

此外，利用表面等离激元技术可以实现超分辨率显微成像，突破传统光学分辨极限。

这对于生物医学领域的细胞和分子等微观结构的观测具有重要意义。

另一个重要的应用领域是表面等离激元传感器技术。

利用表面等离激元光学技术，可以将被测物与金属表面的等离激元模式耦合，在传感器的表面上产生高度局域化的光场，并通过检测光的变化来获得被测物的信息。

这种传感器具有高灵敏度、高选择性和高可重复性的特点，因此在环境监测、生物传感、化学分析等领域具有广阔的应用前景。

此外，表面等离激元光学技术还被广泛应用于信息存储和光子集成领域。

通过组合不同的等离激元结构，可以实现光场的控制和传输，从而实现光电器件的集成化和信息存储的高密度存储。

这种光子集成技术可以显著提高信息处理和存储的速度和容量，对于下一代信息技术的发展具有重要意义。

表面等离激元——机理、应用与展望

表面等离激元——机理、应用与展望【答】一、绪论等离激元(Plasmon)作为一种重要的现象，由金属表面上的电子表现出来，是新型物理现象和光电子学的重要内容，它也是先进光电磁大学中重要的研究热点之一。

在机理、应用、以及展望等方面研究的广泛，得到了学界的广泛关注。

由于等离激元效应可大大地增强表面分子间的相互作用及其对外界环境的反应敏感性，提高其生物感应能力，从而为生命科学的研究带来了前所未有的可能性。

本文结合已有研究成果，以及最新实验结果，详细介绍了金属表面等离激元——机理、应用与展望。

二、等离激元机理等离激元（plasmon）可以定义为一种金属表面上的单子波形，其特殊性质和独特特性使其在许多系统中成为研究焦点，在很多应用中有其重要作用。

等离激元是由金属表面上的电子围绕单个金属原子团产生的电磁振动所形成的。

当高能量的电波沿金属表面传播时，其电子表现出一种极端的动力均衡状态，产生了特殊的电磁波，就是等离激元效应。

等离激元效应可以大大地增强表面分子间的相互作用及其对外界环境的反应敏感性，提高其生物感应能力。

除此之外，金属表面等离激元还可以与表面例如等离子体、表面磁矩场、磁致液晶等效应结合使用，从而实现器件的调控、性能优化等，在电子纳米器件的设计与制备中具有重要的作用。

三、等离激元应用金属表面等离激元的应用十分广泛，其中最大的应用可以说是现代光电子学中。

金属等离激元是具有极高光吸收、很高体积灵敏度和超高分辨率等特性的一种新型紫外线检测器，在紫外检测、生物传感器、光动力学等方面有着非常重要的作用。

此外，金属表面等离激元还可以用于分子检测、过滤器件制备、光电探测、荧光图像与磁共振影像、光伏器件等等。

以上应用证明，金属表面的等离激元效应具有突破性的应用前景，对于现代科学技术发展具有不可替代的作用。

四、等离激元展望等离激元的应用目前正处于蓬勃发展的阶段，研究者也正在寻求多样性和复杂性的新设计，对于金属表面等离激元的应用和未来发展也有着极大的期望。

表面等离激元的机理、应用与展望

ε －εｍ，（）６ ε ＋２ εｍ也就是说，当粒子的半径远小于入射光波长的时候，ａ α ＝４ π
３
，振荡模型（它描述了金属介电常数与Ｄｒｕｄｅ模型）入射光电场频率的关系．我们假设 γ ω，可得ε
２ｄｘｄｘ（）ｅＥ０ｅｘｔ），（１＝－－ｉ γ ω ｐ２＋ｍｄｔｄｔ其中ｘ为电子的位置，ｍ为电子的质量， γ 为阻尼常数，ｅ为电子的电荷量，Ｅ０为外电场的振幅， ω为
图１处于静电场中的金属球形颗粒示意图．入射电场为Ｅ０，金属颗粒和介质的介电常数分别为 ε 和εｍ，粒子内部电场和，电势分别为Ｅｉ粒子外部介质中电场和电势分别ｒ， θ）ｎ和ｉｎ（（为Ｅｏ图中ｒ为位置矢量）ｒ， θ）ｕｔ和ｏｕｔ（
，ＡｂｓｔｒａｃｔｉｔｈｔｈｅｆａｓｔｄｅｖｅｌｏｍｅｎｔｏｆｎａｎｏｓｃｉｅｎｃｅａｎｄｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｕｎｉｕｅｏｔｉｃａｌＷｐｇｙｑｐｏｆｍｅｔａｌｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄｒｅｌａｔｅｄａｌｉｃａｔｉｏｎｓｈａｓｒａｉｄｌｉｎｔｏａｎｉｍｏｒｔａｎｔｂｒａｎｃｈｒｏｗｎｒｏｅｒｔｉｅｓｐｐｐｙｐｇｐｐ，，ｄｉｓｃｉｌｉｎｅｏｆｎａｎｏｏｔｉｃｓｋｎｏｗｎａｓｌａｓｍｏｎｉｃｓｗｉｔｈａｂｕｎｄａｎｔｃｏｎｔｅｎｔａｎｄｅｘｔｅｎｓｉｖｅａｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｍａｎ－ｐｐｐｐｐｙ，，，ｆｉｅｌｄｓｓｕｃｈａｓｂｉｏｌｏｃｈｅｍｉｓｔｒｒｅｎｅｗａｂｌｅｅｎｅｒａｎｄｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏ．Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｇｙｙｇｙｇｙ，ｂａｓｉｃｃｏｎｃｅｔｓｏｆｓｕｒｆａｃｅｉｎｃｌｕｄｉｎｌｏｃａｌｉｚｅｄｓｕｒｆａｃｅａｎｄｓｕｒｆａｃｅｌａｓｍｏｎｓｌａｓｍｏｎｓｒｏａａｔｉｎｓｏｍｅｐｇｐｐｐｐｇｇ／，ｎ，ｌａｓｍｏｎｏｌａｒｉｔｏｎｓ．Ａｎｏｖｅｒｖｉｅｗｏｆｖａｒｉｏｕｓｉｍｏｒｔａｎｔａｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｂｉｏｃｈｅｍｏｓｅｎｓｉｎａｎｏｌａｓｅｒｓｐｐｐｐｐｇ，，ｌａｓｍｏｎｒｅｓｅｎｔｅｄ．ｕｌｔｒａｆａｓｔｏｔｉｃａｌｓｗｉｔｃｈｅｓｓｕｒｆａｃｅｂａｓｅｄｌｏｉｃａｎｄｓｏｆｏｒｔｈｉｓ－ｐｐｇｐ），，Ｋｅｗｏｒｄｓｕｒｆａｃｅｌａｓｍｏｎｓ（ＳＰｓｌｏｃａｌｉｚｅｄｓｕｒｆａｃｅｌａｓｍｏｎ（ＬＳＰ）ｒｏａａｔｉｎｓｕｒｆａｃｅｌａｓｍｏｎｏｓ－ｐｐｐｐｇｇｐｐｙ），ｌａｒｉｔｏｎｓ（ＳＰＰｅｌｅｃｔｒｏｍａｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｇ

金属纳米结构表面等离激元共振现象及其应用前景

金属纳米结构表面等离激元共振现象及其应用前景随着纳米科技的迅猛发展，金属纳米结构表面等离激元共振现象引起了广泛的关注和研究。

等离激元共振是一种特殊的电磁现象，当光波与金属纳米结构表面相互作用时，激发了金属电子与光子之间的相互作用，产生了共振现象。

这一现象不仅在光学、电子学等领域具有深远的影响，还在传感器、光子学和光电子学等领域有着广泛的应用前景。

首先，金属纳米结构表面等离激元共振现象在光学领域具有重要意义。

由于等离激元共振现象的存在，金属纳米结构表面能够实现超聚焦效应，将光波聚焦到远远小于光波波长的尺度，从而实现了超分辨率成像。

这对于光学仪器和设备的性能提升具有重要作用，可以突破传统光学的分辨率限制，为生物学、医学等领域的研究提供了全新的思路和方法。

此外，等离激元共振现象还可以用于光学传感器的设计和制备，用以检测微小分子、生物体或环境污染物，具有高灵敏度和高选择性，可以为环境监测和医学诊断等领域提供准确可靠的检测手段。

其次，金属纳米结构表面等离激元共振现象在电子学领域也具有重要的应用。

金属纳米结构可以通过调控其形状和尺寸来实现等离激元共振的调控，从而实现对电子传输的控制。

这可以用于提高电子器件的性能，例如光电器件、传感器和晶体管等。

此外，等离激元共振现象还可以用于开发新型的光电子器件，如等离激元太阳电池、等离激元激光器等。

这些新型器件具有高效转换、高灵敏度等优点，能够为能源和通信领域带来全新的技术突破。

另外，金属纳米结构表面等离激元共振现象在材料科学领域也具有广阔的应用前景。

等离激元共振可以通过调控金属纳米结构表面的形状、尺寸和组合方式，来实现对光学、电学和磁学性质的调控。

这为设计和制备新型功能材料提供了全新的思路和方法。

例如，可以利用等离激元共振现象来调控纳米颗粒的荧光性能、磁性性能或者催化性能，从而打开了新型材料的设计和应用领域。

总之，金属纳米结构表面等离激元共振现象作为一种重要的电磁现象，在光学、电子学和材料科学等领域具有广泛的应用前景。

物理实验技术中的表面等离激元激发方法

物理实验技术中的表面等离激元激发方法表面等离激元激发方法在物理实验技术中的应用引言：物理实验技术的发展为各个领域带来了前所未有的突破。

在此过程中，表面等离激元激发方法的应用尤为引人注目。

表面等离激元是电磁波与金属表面的量子态耦合，通过表面等离激元激发方法能够实现超分辨光学显影、纳米操控、光纤通信等领域的突破性进展。

一、表面等离激元激发方法的理论基础表面等离激元激发方法的理论基础是电磁波与金属界面之间的耦合效应。

当电磁波波长远大于金属表面的电子自由程时，辐射场与金属表面的电子产生共振相互作用，形成表面等离激元。

这种共振现象可通过经典电磁学中的Maxwell方程组来描述，进而解得表面等离激元的特征频率和传播倍增长度。

基于此理论基础，科学家们发展了多种表面等离激元激发方法。

二、表面等离激元激发方法的实验技术1. 声子激发表面等离激元的激发不仅仅局限于电磁波范畴，声子态也可以激发表面等离激元。

通过调节激光脉冲的频率和功率，能够在金属表面形成局域的声子粒子，从而激发表面等离激元。

这种方法具有独特的优势，可以实现声学调控和声子学的研究。

2. 光电子激发表面等离激元的激发主要依赖于光电子效应。

通过选取合适的光源，研究人员可以将电子激发到足够高能级，使其与金属表面的电子产生交互作用，从而实现表面等离激元的激发。

这种方法在研究光与物质相互作用、光电子器件等方面具有广泛应用。

三、表面等离激元激发方法在材料科学中的应用1. 超分辨光学显影表面等离激元激发方法的突出特点之一是其具有超分辨功能。

当光照射到金属表面时，表面等离激元会在光学信号的强度分布上引起突出的增强，并且支持超像素尺寸的模式。

通过利用表面等离激元的超分辨性质，可以提高显微镜的分辨率，实现对微小细节的观测和研究。

2. 纳米操控表面等离激元激发方法还可以应用于纳米操控领域。

通过优化激光的功率和波长，可以有效操控金属纳米颗粒之间的相互作用，从而实现纳米结构的组装和操控。

研究表面等离激元体系

研究表面等离激元体系表面等离激元体系是一种涉及到光、电、声、磁、热等多种物理量的表面电子体系。

它可以通过诸多方法进行制备，并在多个领域得到了广泛的应用。

这篇文章将围绕表面等离激元体系的制备方法、物理性质及其在各领域的应用展开讨论。

一、表面等离激元体系的制备方法表面等离激元体系的制备可分为两种方法：自组装法和纳米结构法。

自组装法是一种通过物理化学方法进行制备的表面等离激元体系，适用范围并不广泛。

而纳米结构法则是一种通过纳米加工工艺制备的表面等离激元体系，制备途径多样，且应用范围广泛。

自组装法的制备过程是将金属颗粒沉积在某种分子膜上，然后拉成一条纳米线。

这种方法通常用于纳米加工工艺不成熟或者需要小尺寸、高精度的样品。

但是这种制备方法因为制备成本高昂，制备时间长，受制于分子膜性质、金属颗粒特性等因素的影响，应用并不广泛。

而纳米结构法的制备方法则更加广泛。

这种方法可以通过化学蚀刻、离子束打印、电子束打印等多种手段进行制备。

其中最常见的是通过化学蚀刻进行制备。

这种制备方法可以根据自身需求定制出不同形态、大小、形貌、化学成分的纳米结构体系，具有很高的可控性和可定制性。

二、表面等离激元体系的物理性质表面等离激元体系是指将金属颗粒放置在介电材料表面上形成的体系，依赖于材料的光学性质、金属颗粒的形态、体积等因素。

它具有很多特有的物理性质，例如超表面增强拉曼散射效应（SERS）、光学透镜效应、表面等离激元共振等。

SERS效应是为了超高灵敏度检测分子而发现的现象，其原理是在表面等离激元场的作用下，分子的光谱信号被增强若干个数量级，实现了对分子的极其敏感的检测。

表面等离激元共振现象则是指在合适的金属颗粒和基底间隙尺度下，发生高度局域化的电磁场增强效应。

在这种局域场的作用下，表面等离激元能够在纳米颗粒附近的距离范围内发生共振，从而产生一定的吸收、散射、透射光谱信号变化。

三、表面等离激元体系在各领域的应用表面等离激元体系在多个领域得到了广泛的应用。

表面等离激元和介电基质结构的设计与应用研究

表面等离激元和介电基质结构的设计与应用研究近年来，表面等离激元和介电基质结构的设计与应用研究成为了热门话题。

表面等离激元是一种表面电磁波，与纳米结构有关，它可以用来增强深层次光学、化学和生物传感器以及纳米光学设备的灵敏度和特异性。

而介电基质作为一种应用广泛的光电器件材料，也可以发挥重要作用。

本文将从表面等离激元和介电基质结构的概念入手，讲述其设计与应用研究的现状和前景。

一、表面等离激元和介电基质结构的定义表面等离激元是指在金属表面上发生的一种受激光激发下的电磁波，其波长较长但衰减迅速，能够与表面的电荷产生相互作用，从而引发一系列的光电响应。

介电基质是指在表面等离激元基础上，通过赋予介质的光学性能一些特殊的结构来实现特定的功能。

其中，典型的介电基质结构包括微结构化介质，周期性介质和超材料等。

这些结构的设计不仅可以改变材料的光学性质，还可以实现一些特殊的功能，如非线性光学、超分辨率成像等。

二、表面等离激元和介电基质结构的设计表面等离激元和介电基质结构的设计，需要结合物理、化学、材料和工程等多个方面的知识。

其中，设计的初衷是为了实现一些特定的功能，因此需要先明确所需要的功能，并通过理论模拟或实验方法来验证设计的可行性。

具体来说，设计可能会涉及到金属纳米结构、介质微结构、周期性结构等方面，这些结构对光学特性产生的影响可以通过计算机模拟或实验测试来获得。

以金属纳米结构为例，其常见的结构包括球形、棒状、三角形等形态。

由于金属表面等离激元会导致电磁场在金属表面附近局部集聚，这些局部电场对金属表面的局部结构有很高的敏感度。

可以通过设计特殊的金属结构控制局部电场，从而实现一些特定的功能。

例如，可以通过调控金属多层纳米结构的周期性，来实现有控制的色散关系；利用金属纳米粒子的局部表面等离激元共振性质，可以实现高灵敏度的传感器或高效率的光源等。

三、表面等离激元和介电基质结构的应用研究表面等离激元和介电基质结构的应用研究涉及到很多领域。

人工表面等离激元及其在微波频段的应用

3、实验实现
实验实现是人工表面等离激元从理论走向实际应用的关键环节。实验中，通常采用电子束光刻、离子束刻蚀等技术制备人工表面等离激元阵列结构；采用光学测量、电子显微镜观察等方法检测人工表面等离激元的传播特性。
四、人工表面等离激元的优点与不足
1、优点
人工表面等离激元具有许多优点。首先，它具有突破衍射极限的聚焦能力，可以实现纳米尺度上光子的空间调控和传输；其次，人工表面等离激元对光的局域和敏感性使其在传感器、电子器件等领域具有广泛的应用前景；此外，人工表面等离激元还具有低色散、低损耗等特性，使其在光子调控领域具有重要意义。
参考内容
在过去的十年中，人工表面等离激元（SPPs）的研究已经成为纳米光子学和纳米电子学的前沿领域。作为一种特殊的电磁波，人工表面等离激元可以在金属和电介质界面的近场区域产生强烈的局域场增强效应，从而为各种微纳光电器件的开发和应用提供了新的可能性。本次演示将重点探讨人工表面等离激元的传输特性。
五、未来展望
随着科学技术的不断进步，人工表面等离激元在微波频段的应用前景令人期待。未来，人们将探索更多新型的人工表面等离激元结构和功能，例如设计具有更高效聚焦能力、更长传播距离的人工表面等离激元；研究人工表面等离激元在光子晶体、光子集成电路等领域的应用；探索人工表面等离激元与其他纳米光子技术的结合，例如纳米光纤、光子晶体波导等。人们还将致力于提高人工表面等离激元的制备工艺，以实现其广泛应用。
2、不足
尽管人工表面等离激元具有许多优点，但也存在一些不足。首先，由于人工表面等离激元的制备需要高精度的制造工艺，因此其制备难度较大；其次，人工表面等离激元的传播距离较短，限制了其在实际应用中的范围；此外，由于人工表面等离激元对环境因素的敏感性，使其在实际应用中可能受到外部环境的影响较大。

化学物理学中的新研究——表面等离激元

化学物理学中的新研究——表面等离激元随着科学技术的不断进步，各种新的研究领域也不断涌现。

在化学物理学中，表面等离激元就是一项新兴的研究领域。

它在实际应用中具有广泛的应用场景和重要的作用。

一、表面等离激元的概念表面等离激元是一种集体的、准粒子型的激发态，可以在介质表面上引起电磁波局部增强。

表面等离激元可以与外部电磁波相互作用，形成表面等离子共振，使电磁波在界面上产生强烈的局部场。

因此，表面等离激元通常被视为一种局部电场和静电场，同时也可以被看作是一种电磁波的束缚态。

表面等离激元在化学物理学中有许多重要的应用，比如可以用来增强荧光信号、增强光催化活性、提高表面增强拉曼散射等。

因此，表面等离激元在化学物理学中具有广泛的应用前景和深远的意义。

二、表面等离激元的产生机制表面等离激元的产生机制十分复杂，目前还没有一个完全统一的理论来解释它。

但是可以根据材料的性质和外部电磁场的特点来大致分为两类：金属基底和介电体基底。

对于金属基底，表面等离激元的形成主要是由于金属电子和外部电磁场之间的相互作用导致的。

金属表面的自由电子与光线中的电场发生相互作用，从而形成电荷排列模式，进而形成表面等离激元。

此时，表面等离激元的频率和强度主要由金属表面的形貌、金属的电子密度和光场的波长和偏振等因素所决定。

而对于非金属介电体基底，则表面等离激元的产生主要是由于表面极性分子和外部电磁场之间的相互作用导致的。

介电体表面上的分子团簇与光线中的电场发生相互作用，最终形成表面等离激元。

此时，激元的频率和强度主要由介电体的折射率、分子极性和分子间距以及辐射场的波长和偏振等因素所决定。

三、表面等离激元的应用表面等离激元在化学物理学中有着广泛的应用领域。

下面列举几个重要的应用案例。

1. 表面等离激元增强荧光信号利用表面等离激元可以增强荧光信号的强度和稳定性。

当一种荧光分子与一个金纳米颗粒结合时，表面等离激元会在纳米颗粒表面上产生强烈的电场，使荧光分子发生强烈的局部场增强效应，从而显著增强荧光信号的强度和稳定性。

等离激元与表面等离子体的研究与应用

等离激元与表面等离子体的研究与应用等离激元与表面等离子体的研究与应用：探索微观世界的神奇引言：人类对于光的研究始终是科学界的热门话题之一。

近年来，随着纳米技术的迅速发展，等离激元和表面等离子体成为了光学研究中的新宠儿。

本文将介绍等离激元的基本概念和表面等离子体的研究现状，同时探讨它们在纳米器件和生物医学等领域的广泛应用。

等离激元的基本概念：等离激元是介质中的电磁场与电子气体之间的耦合模式。

当光通过介质中的金属纳米结构时，会激发出电子和光之间的相互作用，形成体系的共振现象，即等离激元。

等离激元具有纳米尺度的特点，因此在纳米器件中具有广泛的应用前景。

表面等离子体的研究现状：表面等离子体是指光在表面上的等离激元模式，研究表明它在纳米光学、纳米光电子学和生物医学等领域具有重要的应用价值。

目前，研究人员通过纳米制备技术成功地制备出了各种各样的表面等离子体结构，如纳米孔阵列、纳米金字塔和纳米线等。

表面等离子体在纳米器件中的应用：表面等离子体在纳米器件方面的应用意义重大。

以纳米孔阵列为例，研究人员通过控制孔的大小和间距，实现了可调谐的光透过性能，为光电器件的设计提供了新思路。

同时，表面等离子体在传感器和纳米光子学器件方面也有着广泛的应用。

通过利用表面等离子体的局域电场增强效应，可以提高传感器的灵敏度，并实现高度集成的纳米光子学器件的制备。

表面等离子体在生物医学中的应用：表面等离子体在生物医学方面的应用也不容忽视。

研究人员通过结合纳米技术和生物分子的特异性识别，成功地制备出了各种具有生物活性的表面等离子体结构。

这些结构可以用于拓展生物传感器、提高医学诊断技术的灵敏度，甚至实现精确的肿瘤治疗。

表面等离子体在生物医学领域的应用前景非常广阔，将为人们的健康保驾护航。

总结：等离激元和表面等离子体是光学研究中的重要领域，它们在纳米器件和生物医学等领域的应用给人们带来了巨大的想象空间和未来的希望。

通过对等离激元和表面等离子体的深入探索，我们有望打开微观世界的神秘之门，为人类的科学技术发展做出更大的贡献。

物理学研究进展-表面等离激元篇

物理学研究进展表面等离子体共振技术及其应用表面等离子波SPW (surface plasmon wave)也译为表面等离子激元或表面电磁波,是沿金属和介质界面传播的表面电磁波.在一定条件下,SPW可与入射光TM(横磁波)极化能量耦合并被共振激发,这种现象称为表面等离子体共振SPR (surface plas2ma resonance).20世纪70年代初, Otto和Kretschmann等人的著名工作引起了SPR技术的研究热潮[1,2].此后SPR技术迅速发展起来,并在多个学科领域得到应用,如生化传感器、物理特性测量仪器、光波导偏振器、表面非线性光学检测、表面膜层特性研究等.本文介绍国内外SPR技术的一些最新应用.1 表面等离子体共振技术简介只有在一定的配置下,空间传播的光才能与SPW发生耦合,图1是三种SPR配置方式.Otto型和Kretschmann型都是利用全内反射形成的隐逝波.Otto型金属和全内反射表面之间有约几十纳米的介质间隙,金属可以是半无限宽的.这种配置的应用较少.Kretschmann型采用真空蒸镀,磁控溅射等方法直接在全内反射表面镀一层几十纳米厚的金属膜,是应用最为广泛的配置形式.在两种隐逝波耦合方式中,入射光必须为p偏振光,因为只有p偏振光有垂直于金属-介质界面的电场分量. 散射光栅型配置方式的数学形式十分复杂,结构相对简单.其耦合器件是表面为金属镀膜的光栅.此外,入射到粗糙金属表面的光也可与S P W发生耦合.设入射光角频率为ω,入射角为θ,介质介电常数为εd,则x方向上的波矢k x 为:根据Maxwell方程,可以推导出SPW波矢ksp:式中εM 为金属介电常数的实部,ε a 为金属表面电介质的介电常数,当k x = ksp 时,就产生共振,共振角为:产生SPR时,SPW可增强几百倍,因此SPR具有显著的表面增强效应.此外,SPR对金属膜表面介质的光学特性、入射角、入射光的波长和偏振状态、金属膜及其表面介质的厚度等因素十分敏感,这些性质使SPR现象能在许多方面得到应用.2 SPR传感器生化传感器已经广泛应用于高灵敏度生化检测[3].1983年, Liedberg等人首次将SPR 技术应用于生化传感器以来,在这一领域国内外每年都有大量论文发表[4].Biacore AB 公司率先开发出首台商品化SPR仪器,现已有数家国外公司出售此类产品,这个产业每年的产值达几十亿美元.这种传感器的原理基于SPR 对金属表面介质折射率变化的敏感特性.图2是商业型的SPR传感器的一般结构.对于棱镜型SPR 传感器,一般选择折射率较高的光学材料作棱镜.棱镜的形状可以是等腰直角三角形或半球形,其中半球形棱镜最为理想,入射光始终与棱镜表面垂直,减少光能的损失.为避免金属膜对棱镜表面的破坏,一般将金属膜镀在玻璃片上作为芯片,通过折射率与棱镜一致的匹配液将芯片固定在棱镜上.金属膜表面固定着一层具有分子识别功能的敏感膜. 早期的SPR传感器将分子直接吸附在金属膜表面形成敏感膜,后来Mor2gan等人发明了一种经典的方法,在金膜表面先覆盖一层生物素(biotin),然后固定一单层抗生物素蛋白链菌素(strep tavidin)[5].该方法可保证传感器表面的均一性和功能上的特异性.此外还有葡聚糖凝胶法、LB膜法和分子印膜法等.微流通池处理系统是一个反应装置,有两个端口以便液体样品的进出.敏感膜与样品在流通池中发生反应,并将待识别的分子吸附在敏感膜上,同时敏感膜介电常数发生变化,由此导致共振角和共振波长的变化.检测时可采用固定入射光波长扫描入射角的方法,此时可观测到待检测分子结合前后共振角的变化;也可采用固定入射角扫描入射光波长的办法,此时光源为复色光源,可观测到最佳共振波长的变化.SPR传感器灵敏度很高,一般在nmol 量级以上.此外还有相位检测的方法, Kabashin等人[6]采用p偏振的入射光,经分束器后分为一束参考光和一束信号光,观察干涉条纹的分布和强度变化,从而推导出信号光的相位变化和样品折射率的变化.实验中观测到的最小折射率变化为4 ×10-8,比扫描入射角的方法高两个数量级.Ho等人[7]采用的入射光偏振方向为任意的, s偏振的光经棱镜- 金属界面反射后相位变化不大,p偏振的光经棱镜- 金属界面反射后相位发生突变.光束经过共振吸收后的出射光引入Mach - Zehnder干涉仪,然后将干涉图样输入计算机,通过比较由样品折射率变化引起的干涉图样的变化推算相位的变化.这种实验装置消除了由机械振荡或温度变化带来的相位转移.图3所示为一种新的光纤型SPR传感器[8].将一段光纤的包层去掉,在芯层侧面镀上金属膜,在金属膜表面同样固定着一层具有分子识别功能的敏感膜.光波在光纤内部经多次衰减全内反射而耦合到金属膜表面.在光纤的出口端检测出射光.当敏感膜与待测样品发生反应时,出射光强会发生变化,由此判断样品中是否含有待测目标分子及其含量.光纤型SPR传感器具有体积小、可实现远程测量等优点.按信号接受方式不同,可分为在线传输式和终端反射式两种. 其中,对于终端反射式,光线经过两次共振吸收后传输到光纤光谱仪中进行检测,传感部位的光纤长度比在线传输式的短,不需要流通池,而且更适合于远程测量和组成阵列.Brockman等人基于光栅型配置方式进行了SPR传感器的研究[9].耦合器件为镀有金膜的塑料散射光栅,入射到金膜表面的光向各个方向反射,某个反射角的反射光由于与SPW产生共振而强度最小,这个吸收谷可以使用CCD阵列检测. 这种传感器的优点是:抛弃了笨重的棱镜;塑料散射光栅可用光盘刻录技术进行低成本大批量生产;可在同一张光栅上组成阵列. B rockman等人希望进而开发结构类似CD - ROM的传感器,这种传感器将快速从光盘样式的芯片上读取阵列信息.3 SPR应用于近场扫描光学显微技术Fischer等人最早将SPR 技术应用于近场扫描光学显微技术( near2field scanning op tical microscopeNSOM)[10].当时使用的微探针为附着在棱镜表面的聚苯乙烯颗粒.棱镜内全反射的光与镀在棱镜表面和聚苯乙烯颗粒上的金膜产生共振.样品是显微镜的物镜,一方面,可用显微镜来观察和选择聚苯乙烯颗粒,另一方面,物镜的弧度有利于探针和样品的相互接近. 实验显示共振的SPW极大地增强了近场光学显微镜的信噪比.随着NSOM的发展,光纤微探针成为主流. Marti 等人首先使用Kretschmann配置中的镀膜棱镜作为样品,取得同样的效果[11].此外,SPR技术用于研制高分辨率近场光学显微镜.由于NSOM 的光纤微探针尖端无法做得很细,因此分辨率只能达到十几纳米,不能象STM和AFM那样达到原子级分辨率.后来研制出几种高分辨率的NSOM.其中一种基于SPR技术的近场光学显微镜的分辨率可直接达到原子水平.SPW在金属表面传播时,遇到杂质、缺陷等将会发生散射,此处共振的SPW作圆锥辐射,圆锥顶角与入射角相同.若AFM的实心针尖在金属表面扫描,将作为一个散射中心,辐射出的圆锥形光携带针尖处的信息.由于圆锥辐射光比较微弱,一般用一个锁相放大器以一定频率驱动微悬臂,并检测光电转换器件的输出信号中的同频成分.上述应用SPR 技术的近场光学显微镜已经在物理、化学、生物、医学等方面的高分辨率成像得到广泛的应用.值得一提的是,除此基本用途以外,还在以下几方面有着特殊的用途.Bozhvolyi等人将其应用于内表面成像技术.对多层金属薄膜而言,近场区域内的光纤探针检测到的是金属膜内外表面SPW的叠加,通过与剪切力模式得到的表面形貌像综合比较,可以在一定程度上推断内表面形貌[13].应用SPR技术的近场光学显微镜也提供了一种直接研究SPW散射的手段.Smolyaninov等人将246nm的短脉冲准分子激光从光纤微探针的自由端输入,从针尖输出,输出时将聚焦产生局部高温,将平整的样品表面烧出纳米尺度的缺陷[14].使用的针尖不镀膜,一方面可以减小对SPW的干扰,另一方面便于短脉冲激光的输出.在烧出的纳米缺陷区域附近激发SPW,同时可利用NSOM成像观测SPW在缺陷附近的散射及其散射后在金属膜表面的传播性质. 此方面研究有助于提供一种控制SPW传播的方法,即在金属膜表面烧出点、线等结构,使SPW随制作出的结构改变传播方式.SPR技术还被应用于近场光刻中[15—18].其照明方式有两种:p偏振的光照射探针-样品间隙和照射样品-棱镜界面.金属探针进入光场时,p偏振光激发探针表面等离子体共振,使得金属探针的场增强效应比电介质材料的探针强. Haefliger D等人结合SPR技术利用原子力显微镜在Al膜上获得了直径为40nm的记录斑.用532nm的p偏振光照射样品-棱镜界面,通过反射率和透射率随入射角的变化曲线,获得了探针参与下的最佳入射角.4 表面等离子体Q开关受抑全内反射Q开关由两个相对的棱镜组成,快速改变两棱镜间的间隙,可以抑制全内反射,从而改变激光腔内的损耗.但是Q开关只有当两棱镜的间距为0.1个激光波长时,方能充分闭合. 而这个间距在实际应用中,较难达到,所以调制深度不高.清华大学郭继华等人用SPR 技术改进激光技术中的受抑全内反射Q开关,采用Otto型结构,用一个棱镜作反射面,另一个棱镜上镀一层高反射率金属膜[19].反射率与入射角θ、空气间隙d以及入射波长λ有关.对于波长为1064nm的红外光,其反射率最小值出现在间隙为1—2μm的范围内.例如:对于Ag膜,以44.23°入射时,在d=1.87μm处反射率取得最小值,可达10- 4量级.因此两棱镜无需靠得很近,就可以获得较高的调制深度.这一技术弥补了普通受抑全内反射Q开关不适用于短波长激光器的缺点. 而且表面等离子体Q开关更容易调节两个棱镜之间的初始距离. 郭继华等人还研究了表面等离子体Q开关在压电陶瓷驱动下的动态特性曲线,所得动态曲线与普通受抑全内反射Q开关的同类曲线相似[20].采用Otto型结构是为了防止激光直接照射到金属表面,造成激光损伤.但是如果激光谐振腔内的功率密度过大也有可能对金属膜造成损伤.因此这一技术比较适用于二极管抽运的中、小功率全固化激光器.由于只有p 偏振的光才可以激发表面等离子体,因此,与普通受抑全内反射Q开光相比,表面等离子体Q开关的谐振腔内要放置一个偏振片.5 精密角度测量SPR对入射角的敏感特性,可用于制作精密角度测量仪器.图6是郭继华等人研制的一种角度测量仪器[21,22] .棱镜放在旋转台上,通过转动旋转台调节入射角.用棱镜的直角边作为表面等离子体波的激发面,这样还可以保证在入射角变化的时候出射光与入射光始终平行.激光器发出的光经偏振片P变为线偏振光,旋转偏振片可以调节p分量和s分量的比例.入射光在棱镜- 金膜界面上发生衰减全内反射, p分量和s分量反射时既有强度变化,又有相位变化.只有p波才可以激发表面等离子体波,s波不可以激发表面等离子体波.由于共振激发表面等离子体波时的入射角大于全内反射角.所以s波反射率约为1,其相位变化在此条件下也近似是一个常数.而p波的反射率和相位特性则是入射角的函数.当选转台发生微小角度变化时,s分量与p分量相位差发生改变变化,且对角度非常敏感. 如果调节旋转台,使得s分量与p分量的相位变化的差为π/2或- /2π,则反射光经1 /4波片后,便呈线偏光,调节检偏器的透射方向,使探测光强的为零,这时的入射角即是角度测量仪器的工作点.当入射角发生微小变化时,反射光s分量与p分量相位差发生改变,经1/4波片和偏振偏后,探测器所探测到的光强随之变化,从而实现角度的精确测量.压电陶瓷受激振动,使固定于压电陶瓷管的反射镜为光路引入频率为ω的交流信号,此交流信号被锁相放大器检测,起到消除噪声实现精密测量的目的.总之本文介绍了表面等离子体共振技术并介绍了国内外表面等离子体共振技术的一些新应用.由于SPR具有显著的表面增强效应, SPR技术正在被应用到越来越广泛的领域中去,并逐渐发挥出巨大的潜力.参考文献[ 1 ] Otto A. et al. 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表面等离激元在纳米器件中的应用

表面等离激元在纳米器件中的应用表面等离激元是一种新兴的物理现象，它在纳米器件中的应用正变得越来越广泛。

表面等离激元是指光与金属或半导体表面上的电子气相互作用，形成一种新的激发态。

通过控制表面等离激元的特性，可以实现纳米器件的光学、电学和热学性能的调控，为纳米科学和纳米技术的发展提供了新的思路和方法。

一方面，表面等离激元在纳米器件中的应用可以突破光学的折射极限，实现高分辨率的光学成像。

传统的光学成像技术受到光的波长的限制，无法对纳米尺度的物体进行直接观测。

而表面等离激元的产生使得可以将纳米尺度的物体与光耦合起来，使其发出等离激元波。

通过控制这些等离激元波的传播，可以实现对纳米尺度物体的成像。

这种技术在纳米生物传感、纳米荧光成像等领域具有广阔的应用前景。

另一方面，表面等离激元在纳米器件中的应用还可以改善光学器件的效率。

在传统的光学器件中，部分光会因为折射等问题而在界面上发生反射、散射等损耗，降低了器件的效率。

而表面等离激元的引入可以减小光的折射因素，增强能量在体系中的传播。

这使得纳米光学器件在能量转换、光电能源等方面具有更高的效率，为绿色能源的研发提供了新的思路和方法。

除了在光学方面的应用之外，表面等离激元还可以在电学器件中发挥重要作用。

由于等离激元波的高度局域化，可以使得光与电子之间的相互作用变得非常强。

这就为纳米材料的功能化提供了新的可能性。

例如，通过在金属纳米粒子上吸附有机分子，可以实现强化拉曼散射信号，从而提高传感器的灵敏度。

此外，表面等离激元还可以实现超高速的光电开关效应，用于高速通信等领域。

在热学方面，表面等离激元的应用也是研究的热点之一。

等离激元波的传播受到热衰减的影响，因此可以用于纳米热辐射场的调控。

通过调控等离激元波的传播路径和能量损失，可以实现纳米材料的热辐射的增强或抑制，从而实现纳米器件的热学性能的调控。

总之，表面等离激元在纳米器件中的应用已经取得了重要进展，并具有广阔的应用前景。