表面等离激元纳米光子学

第1章 表面等离激元纳米光子学 1

1.1 引言 1

1.2 表面等离激元——历史简介 1

1.3 表面等离激元——现状和未来 2

1.4 本书内容概要 3

参考文献 7

第2章 纳米颗粒阵列的近场和远场特性 8

2.1 引言 8

2.2 单个金属纳米颗粒上的表面等离激元 8

2.2.1 金属的光学性质 8

2.2.2 金属纳米颗粒上的表面等离激元（SPN）的定性描述 9

2.2.3 SPN的理论描述 9

2.2.4 SPN共振阻尼 10

2.3 纳米颗粒阵列的远场消光光谱 11

2.3.1 表面等离子共振的谱线位置 11

2.3.2 SPN的谱宽和衰减时间 12

2.4 纳米颗粒阵列的光学近场 14

2.4.1 单个金属颗粒的光学近场 14

2.4.2 颗粒阵列的光学近场 15

2.5 光学非线性 15

2.6 颗粒间的相互作用 16

2.7 总结 17

参考文献 18

第3章 周期性纳米孔结构的光透射理论 20

3.1 引言 20

3.2 二维亚波长孔洞阵列 20

3.3 被凹槽包围的单孔中的光异常透射 24

3.4 单孔中的光聚束效应 27

参考文献 28

第4章 表面等离激元波导的发展与近场特性 30

4.1 引言 30

4.2 实验背景 31

4.2.1 近场显微镜 31

4.2.2 样品制备 31

4.3 结论 32

4.3.1 金属条带模式的场分布 32

4.3.2 金属条带模式的路由 34

4.4 总结和展望 39

致谢 40

参考文献 40

第5章 长程等离激元传输线数值模拟 42

5.1 引言 42

5.2 物理背景 43

5.3 数值方法 44

5.4 结果 46

参考文献 52

第6章 表面等离极化激元在光子带隙结构中的传输 54

6.1 引言 54

6.2 数值方法 56

6.3 数值结果 57

6.4 结论 62

致谢 63

参考文献 63

第7章 亚波长尺度的等离激元波导 65

7.1 前言 65

7.2 纳米链等离激元波导 65

7.3 纳米结构中强耦合的等离激元模式 71

7.4 金属／绝缘体／金属纳米槽波导 71

7.5 总结 76

参考文献 76

第8章 光学超透镜 79

8.1 引言 79

8.2 超透镜理论和成像特性 80

8.3 倏逝波的传输增强 84

8.4 超透镜的实验演示 86

8.5 总结及展望 92

致谢 92

参考文献 92

第9章 等离子共振蝶形纳米天线中的光场增强 94

9.1 引言 94

9.2 蝶形天线 95

9.2.1 单光子效应 95

9.2.2 双光子效应 99

9.3 结论 102

致谢 103

参考文献 103

第10章 表面等离激元的近场光学激发和检测 105

10.1 引言 105

10.2 表面等离激元的局部激发 106

10.3 支持表面等离激元的锥形近场探针 108

10.4 金属针尖附近的场分布 109

10.5 金属纳米结构的局部激发发光 112

10.6 结论与展望 114

参考文献 114

第11章 近场光学扫描成像原理 117

11.1 近场光学显微镜 117

11.2 近场光学图像的解释 118

11.3 电磁波的散射理论 119

11.4 电磁场的局域态密度 120

11.5 扫描绘制光学近场 121

11.5.1 利用光子扫描隧道显微镜检测光波的电场或磁场分量 121

11.5.2 扫描近场光学显微镜检测电磁场的局域态密度 123

11.6 局域等离激元的观察 124

11.6.1 利用局域等离激元耦合压缩近场 124

11.6.2 控制局域等离激元的耦合 125

致谢 126

参考文献 126

第12章 等离激元器件的模拟技术概述 128

12.1 引言 128

12.2 数值模拟技术 130

12.2.1 格林并矢方法 130

12.2.2 离散偶极近似 132

12.2.3 频域有限差分法 133

12.2.4 时域有限差分法 134

12.2.5 其他数值方法 136

12.3 总结 137

参考文献 137

第13章 复杂纳米结构中的等离激元杂化 139

13.1 引言 139

13.2 纳米壳的等离激元杂化 140

13.2.1 不可压缩的流体模型 140

13.2.2 腔体和实心球的等离激元 141

13.2.3 金属纳米壳的杂化 142

13.3 更复杂结构中的杂化 143

13.3.1 多层同心金属壳 143

13.3.2 纳米颗粒二聚体 145

13.4 结论 147

参考文献 147

第14章 自适应金属纳米结构用于蛋白质传感 150

14.1 引言 150

14.2 SERS增强因子的基本公式 151

14.2.1 拉曼散射增强因子 152

14.2.2 电磁增强因子与有效光学性质的关系 153

14.3 Ag薄膜的自适应特性 154

14.4 SERS增强 156

14.5 胰岛素和抗体-抗原联合体SERS检测 158

14.6 总结 160

参考文献 161

第15章 基于长程表面等离极化激元的集成光学 166

15.1 引言 166

15.2 直波导 166

15.2.1 一般直波导的模式 166

15.2.2 ss0 b模式的性能特征 168

15.3 弯曲波导 170

15.4 无源器件 172

15.4.1 实验论证 172

15.4.2 热光器件 172

15.4.3 模拟和设计注意事项 173

15.5 布拉格光栅 174

15.6 结束语 176

致谢 176

参考文献 177

第16章 突破衍射极限的局域表面等离激元光学数据存储 180

16.1 引言：高密度光学数据存储 180

16.2 超分辨率近场结构 181

16.3 光学相变薄膜在超分辨率中的作用 183

16.4 表面和局域等离激元用于光学存储 185

16.5 总结 188

参考文献 188

第17章 表面等离激元耦合的发射 190

17.1 引言 190

17.2 表面等离激元耦合的发射（SPCE）理论 191

17.3 实验研究与理论预测比较 194

17.4 SPCE在生物医学上的应用 197

17.4.1 背景抑制 197

17.4.2 固有波长分辨率 199

17.4.3 多波长免疫测定 201

17.5 结论 203

致谢 203

参考文献 203