纳米光子学综述

关于《纳米光子学》的基本介绍

关键词：

序言

纳米光子学，被定义为纳米技术和光子学的融合学科，是一个新兴的前沿学科。它为基础研究提供了挑战，也为新技术提供了机遇。纳米光子学在市场上已经取得了一定的影响。它是一个多学科交叉的研究

领域，为物理学，化学，应用科学，工程学和生物学，以及生物医学技术创造了机遇。

对于不同的人而言，纳米光子学的意义有所不同，在各自的情况下，纳米光子学的定义都显得非常地狭隘片面。一些书籍和综述里包含了纳米光子学的多个方面以供选择。然而，随着时代的发展，有必要出一本关于纳米光子学的专著来提供一个统一综合的体系。本书迎合了这个需要，就纳米光子学提供了统一的，全方位的描述，以满足各个不同学科读者的需要。本书的目的是为这个涉及面广泛的学科提供必要基础知识，以使各个学科的学者都能迅速掌握最低限度的，必要的知识背景用以研究和发展纳米光子学。作者希望本书既能够作为教育与培训的教科书，也可以作为帮助集光学，光子学和纳米技术于一身的领域研究和发展所需要的参考书。本书的另一个目的是引起研究人员，产业部门和企业促进合作的兴趣，在这个新兴科学上，能够制定出多学科交叉的工程，促使随之产生的技术能够发展和转化。

本书包含了集纳米技术，光子学和生物学于一体的理论知识和各种应用。每章开头的引言介绍了读者能从该章获取的知识。每章结尾的知识要点是需要深刻理解的知识，也可以作为前面所陈述内容的回顾。

纳米光子学—纳米技术领域的研究热点

纳米光子学是一个激动人心的崭新的前沿领域，在这里全世界的研究者们尽情发挥着他们的想象力和创造力。它在纳米范围内处理光与物质的相互作用。纳米光子学作为纳米科技新的分支，向基础研究提出了挑战，并为新技术的诞生创造了机遇。人们对纳米科学方面的兴趣来自于已经实现了的费曼的著名言论——“在底层还有很多的空间”（Feyman,1961,“There’s Plenty of Room at the Bottom”）。他指出如果能将一毫米的长度在十亿分之一米的纳米范围内进行分割，可以想象将会有多少片段和组分可进行操控和处理。

我们生活在一个“纳米热”的时代。纳米方面的一切都被认为是极其令人振奋和有价值的。许多国家已经对纳米技术展开积极的研究。2002年，美国国家研究委员会出版了关于美国国家纳米技术计划的详细报告（NRC Report，2002）。虽然不能断言纳米技术对每个问题都能提供一个较好的解决方法，

但纳米光子学仍然创造出足以令人振奋的机会并使新技术成为可能，关键的因素是纳米光子学是在一个比光波长还要短的范围内处理光与物质的相互作用，以及它们的应用。撰写本书的目的是想通过对纳米光子学的介绍激发起更多人对这个新领域的兴趣。为了方便起见，书中列举的例子尽可能出自我们研究所开展的激光，光子学及生物光子学方面的工作，这些工作都是基于纳米光子学的综合性研究。

作为补充参考，本书英语版还推荐一张由SPIE出版的CD-ROM(CDV497)，其内容为本书作者在SPIC展开的关于纳米光子学的短期课程，以PPT形式提供了大量的彩色插图。

纳米光子学概述

从概念上区分，纳米光子学可以分为三个部分，为辐射的纳米级限制，物质的纳米级限制，纳米级的光处理。

引发光与物质在纳米级范围内相互作用的一种方法是将光限制在远小于其波长的纳米范围内。第二种方法是将物质的尺寸限制在纳米尺度范围内，从而将光与物质的相互作用限制在纳观范围，这种方法界定了纳米材料的领域。最后一种方法是对光处理（如诱导光化学反应或光诱导相变）的纳米级限制，该方法可用于对光子的结构与功能单元进行纳米级加工。

对于辐射的纳米级限制，有诸多的方法可将光限制在纳米级范围。其中之一是使用近场光学传播，这部分将在本书的第3章中进行详细的讨论。一个典型的例子是光通过一个有金属涂层的锥形光纤，由一个远小于光波长的尖端发射出来。

为了制造在光子学中使用的纳米材料，对物质的纳米级限制会涉及到限制物质尺寸以产生纳米结构的多个方面。例如，可以利用同是具有电子和光子特性的纳米粒子，这些纳米既可以用无机材料构成