表面等离激元的激发及探测

合集下载

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。

第五课表面等离激元 ppt课件

y x
v 1 v
Vacuum
c
1
2 c
2
c
Metal films
0 d
m
1
2 m
2
m
Metal substrate
z
根据麦克斯维方程，这三个区域内的电势分别可以表示为：
金属薄膜的等离激元模式
代入：
几种极限情况
Free-standing Ag薄膜的表面等离激元
反对称模式 -+-+-++-+-+-+ 对称模式 +-+-+-+ +-+-+-+
Band-structure effects
微观描述的关键
n 1 ( r ,) d 3 r 1 ( r ,r ,) s( c r ,f)
1 ( r ,r ,) k ,k (fk fk )k * ( r ) k ( r k ) k * k ( r i )k ( r )
1 2 0
要求： 1 2
表面等离激元存在的条件（色散关系）
For q, ωis given by the solution of 1 2 0
真空-金属界面的等离激元
对于满足Drude模型的金属-真空界面：
1
1
2 p
2
2 1
可得：
p2 c2q2
Bulk plasmon
cq
p s p / 2
考虑到：
(V = 0¯)
(B = 0+)
微观描述下表面等离激元的色散关系
d//(ω)和d⊥(ω)的示意图
RxxP(Az,)12p2nn00(( z))
d /R /（ P） A dd z dn z 0 z (z )/dd d zn 0 z (z )

表面等离激元光学的理论与实验研究

表面等离激元光学的理论与实验研究近年来，表面等离激元光学引起了广泛的研究兴趣。

这是一种将光与金属表面上的电子振荡模式相互作用的现象。

表面等离激元可以在纳米尺度上聚集光线，从而实现超分辨率成像、增强光学信号和操纵光的传播等应用。

本文将探讨表面等离激元光学的理论基础和实验研究。

表面等离激元的理论基础可以追溯到19世纪末。

德国物理学家弗里克在1887年首次提出了表面等离激元的概念。

他认为，金属表面存在着一种特殊的电磁振荡模式，它使得光能够与金属表面上的电子形成耦合。

这个耦合的模式导致光的传播速度变慢，同时在金属表面附近形成了电磁场增强的区域。

这种模式被称为表面等离激元。

在弗里克的理论基础上，表面等离激元的研究逐渐发展起来。

20世纪初，德国物理学家斯特恩提出了表面等离激元的量子力学解释，将其视为金属表面上的电子与光子相互作用的结果。

此后，随着量子力学理论的进一步发展，对表面等离激元的理论解释也越来越完善。

除了理论研究，实验研究也对表面等离激元光学的发展起到了关键作用。

实验上，研究人员通过激光照射金属表面，观察光的散射和吸收行为，来探测表面等离激元的存在。

随着科技的进步，实验技术不断发展，使得研究人员能够更加准确地观测和操控表面等离激元。

表面等离激元光学的研究除了理论和实验外，还包括了一系列的应用研究。

例如，表面等离激元可以用于超分辨率成像。

传统的成像技术受到衍射极限的制约，而表面等离激元能够将光线聚集到纳米尺度，从而实现超分辨率成像。

这种成像技术在生物医学领域有着广泛的应用前景。

此外，表面等离激元还可以用于增强光学信号。

通过控制表面等离激元的耦合强度和传播距离，可以有效提高光信号的强度和敏感度。

这种增强效应可用于各种光学传感器和检测器件的设计和制造。

与此同时，表面等离激元还具有光子集成和光传输调控的功能。

通过结构优化和材料选择，可以实现将光线引导到期望的位置，并控制光的传播方向和强度。

这种光传输调控技术在光电子学和纳米光子学领域具有广泛的应用潜力。

表面等离激元

表面等离激元介绍定义及原理：当光波（电磁波）入射到金属与介质分界面时，金属表面的自由电子发生集体振荡，电磁波与金属表面自由电子耦合而形成的一种沿着金属表面传播的近场电磁波，如果电子的振荡频率与入射光波的频率一致就会产生共振，在共振状态下电磁场的能量被有效地转变为金属表面自由电子的集体振动能，这时就形成的一种特殊的电磁模式：电磁场被局限在金属表面很小的范围内并发生增强，这种现象就被称为表面等离激元现象。

性质：表面等离激元是外界光场与金属中自由电子相互作用的电磁模，在这种相互作用下外界光场被集体振荡的电子俘获，构成了具有独特性质的SPPs 。

在平坦的金属/介质界面，SPPs 沿着表面传播，由于金属中欧姆热效应，它们将逐渐耗尽能量，只能传播到有限的距离，大约是纳米或微米数量级。

只有当结构尺寸可以与SPPs 传播距离相比拟时，SPPs 特性和效应才会显露出来。

随着工艺技术的不断进步，现今已经可以制作特征尺寸为微米和纳米级的电子元件和回路，在这个领域的研究也迅速开展起来。

表面等离激元主要具有如下的的基本性质:1. 在垂直于界面的方向场强呈指数衰减;2. 能够突破衍射极限;3. 具有很强的局域场增强效应;4. 只能发生在介电参数(实部)符号相反(即金属和介质)的界面两侧。

表面等离激元的激发：由于表面等离激元在界面附近的电场方向与界面垂直，要激发表面等离激元，光波必须具有与界面垂直的电场分量。

此外，在激发表面等离激元的过程中，还需要满足波矢匹配条件。

相同频率下，金属与介质界面的表面等离激元与光波的波矢关系可以表示为：2/121210)(εεεε+=k k spp ，其中spp k 是表面等离激元波矢，0k 是光波波矢。

一般来说，对于介质01>ε；而对于金属，212;0εεε<<且。

相同频率时，表面等离激元的波矢大于光波波矢，所以用平面光波无法直接激发出表面等离激元。

要想实现光激发，就必须通过特殊方法来补偿光波损失，使波矢匹配条件成立。

表面等离激元技术研究及其应用

表面等离激元技术研究及其应用表面等离激元技术是一种基于表面等离激元的物理过程和现象，利用银、金、铜等可导电金属表面的自由电子与电磁波相互作用形成的激元波，从而实现高灵敏的信号检测、传输和转换。

近年来，该技术在传感、生物医学、光电通信等领域得到了广泛的研究和应用。

一、表面等离激元技术的原理表面等离激元是一种集体激发行为，即在可导电表面上，自由电子在外加电场作用下与入射光场发生共振耦合，形成一种电磁波和电子的复合粒子，称为表面等离激元。

表面等离激元具有极强的场增强效应和易于激发、调控的特点，其电磁波和电子相互作用的强度和尺度均在纳米级别，因此具有高灵敏度和局域性。

二、表面等离激元技术的研究进展表面等离激元技术是一种新兴的研究领域，在传感、生物医学、光电通信等领域具有广泛的应用前景。

近年来，国内外的研究机构和企业纷纷涉足表面等离激元技术的研究和应用，不断推动着该技术的发展。

在传感领域，表面等离激元技术已被广泛应用于化学、生物、环境等各类传感器中。

利用表面等离激元传感器可以实现对微量分子、细胞和微生物的高灵敏检测，具有检测速度快、选择性高、灵敏度高等优点。

例如，利用表面等离激元技术开发的呼吸道病原体检测系统，可以在短时间内对呼吸道病原体进行检测，具有高效、准确的特点。

在生物医学领域，表面等离激元技术已被应用于分子诊断、细胞成像、药物筛选等方面。

其高灵敏度和局域性可以实现对生物分子和细胞的高分辨率成像，在癌症早期诊断和治疗、细胞生物学研究等方面具有广阔的应用前景。

在光电通信领域，表面等离激元技术正在被广泛应用于光通信器件和系统中。

利用表面等离激元波导、光学调制器等器件，可以实现高速、高带宽的光通信传输。

同时，表面等离激元技术还可以实现光信号的调制、放大和转换，为光通信系统的发展提供了新的方向和思路。

三、表面等离激元技术的应用前景表面等离激元技术具有广泛的应用前景，在未来的传感、生物医学、光电通信等领域将继续发挥重要作用。

石墨烯表面等离激元的激发与调控

纳米尺度光操控
通过石墨烯表面等离激元的激发，可以实现纳米尺度上的光操控，为纳米光子器件的设计和优化提供新的手段。
增强光-物质相互作用
石墨烯表面等离激元的高强度电磁场可以增强光与物质之间的相互作用，为纳米光子器件的性能提升提供新的途径。
生物传感和成像
高灵敏度生物传感
石墨烯表面等离激元可以用于构建高灵敏度的生物传感器，用于检测生物分子和细胞活性。
石墨烯的物理性质
石墨烯具有高电子迁移率、高热导率、高强度等优良物理性质。
石墨烯的制备方法
石墨烯可以通过机械剥离法、化学气相沉积法、还原氧化石墨烯等方法制备。
表面等离激元简介
表面等离激元的定义
表面等离激元是一种电磁波，在特定条件下，在金属表面与电磁波相互作用，产生局域场增强效应。
表面等离激元的激发条件
化学掺杂
总结词
化学掺杂是一种通过改变石墨烯化学成分来调控其表面等离激元的方法。
详细描述
化学掺杂可以改变石墨烯的电子结构和光学性质，从而影响其表面等离激元的激发和传播。常见的化学掺杂剂包括氮、硼、磷等元素。
电学调控
总结词
电学调控是一种通过外加电场来控制石墨烯表面等离激元的方法。
详细描述
通过外加电场，可以改变石墨烯的能带结构和载流子分布，从而影响其表面等离激元的激发和传播。这种调控方法具有快速、高效、连续可调等优点。
06
参考文献
参考文献
参考文献1 标题：石墨烯表面等离激元的激发与调控研究作者：张三，李四，王五
感谢您的观看
THANKS
离子束激发
利用离子束照射石墨烯，在表面产生电荷分布，进而激发等离激元。
理论激发方法

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。

表面等离激元超表面的fano共振的激发与应用研究

表面等离激元超表面的fano共振的
激发与应用研究
最近，膜表面等离激元超表面的Fano共振的激发和应用研究成为研究者的热点之一。

膜
表面等离激元超表面的Fano共振是由膜表面等离激元激励的复杂相干现象。

由于其具有
独特的频率响应特性，广泛应用于高效分离和高精度增强。

膜表面等离激元超表面的Fano共振研究一般是建立在理论和有限元的双重基础上的，通
过计算膜表面等离激元超表面的Fano共振的激发，揭示其产生的光热效应，构建高效的
膜表面等离激元超表面结构。

此外，膜表面等离激元超表面的Fano共振激发还能够应用于生物传感器，光谱学和高分
辨率分析，传感器分析和精密集成等领域。

Fano共振技术可以极大地提高传感器的准确性和灵敏度，从而大大提高测量准确性。

因此，膜表面等离激元超表面的Fano共振的激发和应用研究技术将为膜表面等离激元技
术的发展提供重要基础，促进新材料和新技术的发展，实现更好的效能和增强的电学特性。

表面等离激元

性质：表面等离激元是外界光场与金属中自由电子相互作用的电磁模，在这种相互作用下外界光场被集体振荡的电子俘获，构成了具有独特性质的SPPs。

在平坦的金属/介质界面，SPPs沿着表面传播，由于金属中欧姆热效应，它们将逐渐耗尽能量，只能传播到有限的距离，大约是纳米或微米数量级。

只有当结构尺寸可以与SPPs传播距离相比拟时，SPPs特性和效应才会显露出来。

随着工艺技术的不断进步，现今已经可以制作特征尺寸为微米和纳米级的电子元件和回路，在这个领域的研究也迅速开展起来。

表面等离激元主要具有如下的的基本性质:在垂直于界面的方向场强呈指数衰减;能够突破衍射极限;具有很强的局域场增强效应;只能发生在介电参数(实部)符号相反(即金属和介质)的界面两侧。

表面等离激元的激发：由于表面等离激元在界面附近的电场方向与界面垂直，要激发表面等离激元，光波必须具有与界面垂直的电场分量。

此外，在激发表面等离激元的过程中，还需要满足波矢匹配条件。

相同频率下，金属与介质界面的表面等离激元与光波的波矢关系可以表示为：，其中是表面等离激元波矢，是光波波矢。

一般来说，对于介质；而对于金属，。

相同频率时，表面等离激元的波矢大于光波波矢，所以用平面光波无法直接激发出表面等离激元。

要想实现光激发，就必须通过特殊方法来补偿光波损失，使波矢匹配条件成立。

目前主要通过全反射和散射波矢补偿两种方法。

应用：随着表面等离激元理论研究的深入以及各种结构的器件的成功制作，其在光学各领域应用具有巨大的潜力，尤其在解决了一些以往光学长期不能解决的问题，其中包括金属亚波长结构的增透效应在超分辨率纳米光刻、高密度数据存储、近场光学等领域的应用。

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。

介质纳米结构中表面等离激元激发、传播与聚焦特性的数值研究的开题报告

金属/介质纳米结构中表面等离激元激发、传播与聚
焦特性的数值研究的开题报告
一、研究背景
随着纳米技术和材料的快速发展，金属/介质纳米结构的研究成为了一个热门领域，其中表面等离激元成为了吸引人们关注的重要研究对象。

表面等离激元是一种产生于金属/介质边界的电磁波模式，具有高度本征
局域化和增强的性质，因而在化学传感器、光电子学、光子学等领域有
着广泛的应用。

近年来，人们对于表面等离激元的激发、传播和聚焦特性进行了深
入的研究，并提出了许多新的理论和方法对其进行探究。

其中数值方法
在这一领域的应用越来越广泛，能够帮助人们更深入地理解表面等离激
元的本质和特性。

二、研究目的
本项目旨在运用数值方法研究金属/介质纳米结构中表面等离激元的激发、传播和聚焦特性，分析不同材料和结构参数对这些特性的影响，
并通过数值模拟探究表面等离激元在不同应用中的潜在价值。

三、研究内容
1. 建立适合金属/介质纳米结构的数值模型
2. 通过有限元模拟方法对模型进行求解，研究表面等离激元在纳米
结构中的激发、传播和聚焦特性
3. 对比分析不同材料和结构参数对表面等离激元特性的影响
4. 探究表面等离激元在化学传感器、光电子学、光子学等领域中的
应用潜力
五、研究意义
本项目的研究内容涉及到表面等离激元的激发、传播和聚焦特性等诸多方面，有望开辟新的技术应用市场，并为纳米领域的发展提供新的思路和方法。

另外，本项目采用数值模拟方法进行研究，对于传统实验难以观测的现象具有一定的补充和扩展作用。

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和介质边界上产生的电磁波，具有很多独特的物理性质。

因此，它在许多领域中都有广泛的应用。

首先，在传感器领域中，表面等离激元可以用于检测生物分子、气体和化学物质等。

这是因为等离激元场强烈，可以增加分子与检测表面的接触面积，从而提高检测的灵敏度和特异性。

其次，在光电器件中，表面等离激元可以用于提高太阳能电池和光电探测器的效率。

这是因为等离激元能够在金属和半导体之间形成电荷分布，增加光的吸收和电荷的分离，从而提高器件的效率。

此外，在光通信领域中，表面等离激元可以用于实现超小型的光学器件和高密度的光通信芯片。

这是因为等离激元可以在纳米尺度下控制光的传播和聚焦，从而实现超小型的光学器件和高密度的光通信芯片。

总之，表面等离激元在传感器、光电器件和光通信等领域中有着广泛的应用前景，具有重要的科学意义和实际价值。

- 1 -。

激发表面等离激元的膜系研究

激发表面等离激元的膜系研究表面等离激元（Surface Plasmon Polaritons,SPPs）是指在金属表面存在的自由振动的电子与光子相互作用而产生的电磁模式。

基于表面等离激元谐振（Surface plasmon resonance,SPR）现象的传感技术由于具有极高的灵敏度特性得到快速发展,已在生物传感、化学分析、药品研发、环境监测和医学诊断等领域得到了广泛应用。

本论文将开展应用于SPR检测系统的薄膜研究,拟解决的问题包括:波长、角度谐振检测装置及膜系色散特性确定方法的改进;高性能、低成本膜系的色散特性及传感特性的研究;棱镜基宽带反射式横磁（Transverse Magnetic,TM）偏振薄膜的设计及其在SPR中的应用等。

提出了基于SPR角度谐振原理的确定膜系介电常数和厚度的新方法,该方法不涉及复杂的公式和算法,在计算过程中,可直接去除解的“双值性”。

改进了基于上述方法提出的利用SPR波长谐振原理确定膜系色散特性和厚度的方法,改善了其合理性和通用性。

搭建了具有绝对入射角度值标定功能的SPR角度谐振检测装置和波长谐振检测装置,利用两种检测装置测量了金（Au）膜的SPR响应,确定了金膜的介电常数和厚度。

提出了从SPR波长谐振谱线中提取SPR角度谐振谱线的方法。

综合了两种装置的特点,将两种装置整合为一个装置,该装置既可测量SPR角度谐振谱线,又可测量SPR波长谐振谱线,降低成本的同时,实现了装置的多功能性。

研究了Cu/TiO2、Ag/TiO2膜系的SPR波长谐振响应、色散特性。

根据膜系的色散特性分析了当膜系用于SPR折射率传感时的灵敏度特性。

结果表明:Cu/TiO2膜系的角度灵敏度特性优于Au膜,更适合用于SPR角度调制传感;Ag/TiO2膜系的角度、波长灵敏度与Au膜接近,可以通过合理地选择电介质薄膜参数,使Ag/电介质膜系达到Au膜的灵敏度效果。

表面等离激元的激发和衰减过程研究

表面等离激元的激发和衰减过程研究表面等离激元（Surface plasmon）是一种在金属表面上产生的电磁波激发，具有特殊的光学性质和应用潜力。

激发和衰减过程是研究表面等离激元的关键，本文将探讨这一主题。

表面等离激元的激发过程可以通过多种方法实现，其中最常用的是利用外来电场的作用和光子的激发。

在外来电场的作用下，金属表面上的电子受到激发，形成表面等离激元的电磁波。

通过调节外来电场的强度和频率，可以实现对表面等离激元的激发。

与外来电场不同，光子的激发是通过光的照射实现的。

当光照射到金属表面时，光子的能量可以转移给金属表面上的电子，从而产生表面等离激元的激发。

这种光子的能量转移过程被称为光-电子耦合（plasmon-exciton coupling），在研究表面等离激元的激发过程中起着重要的作用。

衰减是表面等离激元存在的一个固有特征，也是研究的重点之一。

表面等离激元的衰减主要包括辐射衰减和非辐射衰减。

辐射衰减是指表面等离激元能量的辐射损失，通常可以通过测量表面等离激元的光谱来确定。

非辐射衰减是指表面等离激元能量的非辐射损失，主要与能量的转移和散射过程有关。

表面等离激元的衰减过程涉及到多种因素，包括金属材料的电导率、表面形貌、材料厚度等。

其中，金属材料的电导率对衰减过程起着决定性的作用。

电导率较高的金属可以实现较长的表面等离激元寿命，而电导率较低的金属则会导致较短的寿命。

表面形貌也对表面等离激元的衰减过程产生影响。

当金属表面存在微观结构时，可以通过增加光与表面的相互作用长度，减弱表面等离激元的衰减，从而延长表面等离激元的寿命。

这一现象被称为表面等离激元的局域化（localization），在纳米光学和光子学等领域有着广泛的应用。

此外，金属材料的厚度也会影响表面等离激元的衰减过程。

当金属材料较薄时，由于边界效应的影响，表面等离激元的损耗会增加。

而当金属材料较厚时，大部分的能量会被衰减和散射，导致表面等离激元的寿命减短。

表面等离激元共振实验

实时检测。采用SPR传感技术，反应的进展情况可以直接地显示在计算机屏幕上，这种对实验步骤地实时反馈，加快了实验开发和分析的速度。最为吸引人的是，SPR传感技术可以对反应进行动力学参数分析，这是其他分析方法所无法比拟的。
无损伤检测。SPR传感技术是一种光学检测方法，光线在传感芯片表面被反射回来，并不与被测物接触；由于光线并不是穿透样品，甚至是混浊或不透明的样品，也同样可以进行检测。
分角光随全计折和射反实率验的射部变件化的已安光装完波成，会无需渗重新入调试光疏介质约为一个波长的深度，再沿界面
另外，它可以观察每个实验步骤对反应的影响，而不像其他实验方法只能得到实验的最终结果。
流动约半个波长再返回光密介质。光的总能量没有发生改变。另外，它可以观察每个实验步骤对反应的影响，而不像其他实验方法只能得到实验的最终结果。
800
K9玻璃折射率
600
400
n=1.5163
200
水的折射率
0
n=1.3333
40
50
60
70
80
Degree
应用举例 ----LB膜测定
实验的难点和重点
✓ 中心对准 ✓ 等高度调整 ✓ 角度游标设定和调整
【注意事项】
眼睛不要与激光对视
数字功率计在测量10分钟前打开预热稳定，测量结束后立刻关闭
折射率与共振角之间的关系：
n
为
p
玻
璃
折
射
率
sinsp Re
mns2 mns2
np
为
sp
共
振
角
n
为
s
液
体
折
射
率
m为金属的介电常数

表面等离激元的应用

表面等离激元的应用随着纳米技术的不断发展和进步，表面等离激元技术（Surface Plasmon Polariton，SPP）成为了一个备受关注的研究领域。

表面等离激元是指在介质与金属表面的交界处，由于光的电磁波与金属表面的自由电子相互作用而形成的一种电磁波。

表面等离激元具有高度局域化、增强的电磁场和高灵敏度等特点，因此在生物传感、光电器件、光电子学、纳米光学等领域中有着广泛的应用。

一、生物传感表面等离激元技术在生物传感领域中具有很大的潜力。

利用表面等离激元技术，可以将生物分子与金属表面的自由电子相互作用，从而实现对生物分子的检测和分析。

例如，利用表面等离激元技术可以制备出高灵敏度的生物传感器，用于检测生物分子的浓度、结构和活性等信息。

同时，表面等离激元技术还可以用于研究生物分子的相互作用和结构，从而为生物医学研究提供重要的支持。

二、光电器件表面等离激元技术在光电器件中的应用也非常广泛。

例如，利用表面等离激元技术可以制备出高效的太阳能电池、光电探测器和光纤通信器件等。

其中，太阳能电池是利用表面等离激元技术制备的纳米结构材料，通过表面等离激元的局域化和增强效应实现对太阳能的高效吸收和转换。

光电探测器则是利用表面等离激元技术制备的纳米结构材料，通过表面等离激元的灵敏度和局域化效应实现对光信号的高灵敏度检测。

光纤通信器件则是利用表面等离激元技术制备的纳米结构材料，通过表面等离激元的局域化和增强效应实现对光信号的高效传输和处理。

三、光电子学表面等离激元技术在光电子学中也有着广泛的应用。

例如，利用表面等离激元技术可以制备出高效的光学波导、光学陷阱和光学开关等器件。

其中，光学波导是利用表面等离激元技术制备的纳米结构材料，通过表面等离激元的局域化和增强效应实现对光信号的高效传输和处理。

光学陷阱则是利用表面等离激元技术制备的纳米结构材料，通过表面等离激元的局域化和增强效应实现对光信号的高效操控和捕获。

光学开关则是利用表面等离激元技术制备的纳米结构材料，通过表面等离激元的局域化和增强效应实现对光信号的高效调控和切换。

第五课：表面等离激元

z=0
n （ D2 D1 ) n ( E2 E1 ) 0

z≠0
0, ( z 0) ( z ) 1, ( z 0)
代入
z=0
Retarded regime (light speed c is finite)
由麦克斯韦方程组：
可以证明：s-polarized wave (TE mode) 在表面上不能存在！因此，我们只考虑 p-polarized wave (TM mode)：
表面等离激元
局域在表面（界面）附近的电子密度振荡
振荡波沿着表面方向传播
表面等离激元的经典描述 (non-retarded regime, light speed c)
由麦克斯韦方程组：
=0 =0
真空-金属界面的等离激元
Φ(z) δn n0 METAL ε(ω)
VACUUM
ε(ω)=1
0
表面等离激元的微观描述表面等离激元的杂化理论表面等离激元的激发和探测

电子激发光子激发
等离激元：起源于电子间的长程库伦相互作用
e e-
e e-
微观尺度上电子密度的起伏：电子气体相对于正离子背景的集体振荡 !
纳米颗粒中的电子气的集体振荡
类比例子：容器中水波的振荡
等离激元的经典描述
n+
n0
ε (ω )
d//
ε (ω )=1 0
z
B
d⊥
V (V z B )
( ) Ei ( z, q, ), ( z B), Di ( z, q, ) Ei ( z, q, ), ( z V ).
对任意z:Βιβλιοθήκη s cq s / c