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摘 要

等离激元是具有深刻影响力的纳米光子学的主要组成部分，它主要研究被限制在光波长量级的电磁场的问题。它主要基于金属界面或者小的金属结构中电磁场辐射和传导电子的相互作用过程，这种相互作用将导致亚波长尺寸的光学近场增强。这篇论文涉及金属棒不同的周期、长度、半径、电场与金属棒夹角对二维金属棒阵列的影响以及金属棒不同的长度、周期、半径、厚度对三维金属棒阵列的影响，通过CST STUDIO SUITE软件进行建模，并进行时域计算（探针方向沿着金属棒长的方向），并绘出探针值与频率的图像关系。通过对条件不同的金属棒的图像的深入研究，对图像的差别的成因进行了解释。研究结果表明，不同条件金属棒下的二维金属棒阵列图像有很大差异，主要体现在波谷的差异上。同样的不同条件下的金属棒的三维阵列图像也有很大差异，也是波谷的差异较大。这些源于金属棒之间的集体耦合效应。

关键词：等离激元 二维金属棒阵列 三维金属棒阵列

Microwave optical effect of metal rod arrayAbstract

Abstract

The plasmon is a major component of nanophotonics with profound influence, which focuses on the problem of electromagnetic fields confined to the order of light wavelengths. It is mainly based on the interaction of electromagnetic field radiation and conducted electrons in a metal interface or a small metal structure, which results in an optical near field enhancement of subwavelength size. This paper deals with the influence of the different cycles, length, radius, angle of the electric field and the angle of the metal rod on the array of two-dimensional metal rods and the influence of the length, period, radius and thickness of the metal rod on the array of three-dimensional metal rods. The STUDIO SUITE software is modeled and the time domain is calculated (the direction of the probe is along the direction of the metal rod) and the relationship between the probe value and the frequency is plotted. The causes of the differences in images are explained by an in-depth study of the images of metal rods with different conditions. The results show that the images of two - dimensional metal rods under different conditions are very different, which are mainly reflected in the difference of troughs. The same under different conditions of the metal rods of the three-dimensional array images are also very different, but also the difference between the larger trough.These are derived from the metal coupling between the rods.

Key words: plasmon; two-dimensional metal rod array; three-dimensional metal rod array

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 简介 1

1.2.1 表面等离激元 1

1.2.2 金属棒的光学效应 2

1.2.3 局域等离激元的耦合 2

1.2.4 金属棒阵列的应用及展望 3

第二章 二维金属棒阵列的微波光学效应 4

2.1 简介 4

2.2 不同半径的棒对二维金属棒阵列的影响 4

2.3 不同长度对二维金属棒阵列的影响 6

2.4 不同周期对二维金属棒阵列的影响 7

2.5 偏振方向与金属棒长轴方向夹角的不同对二维金属棒阵列的影响 8

第三章 三维金属棒的微波光学效应 13

3.1 简介 13

3.2 不同半径对三维金属棒阵列的影响 14

3.3 不同长度对三维金属棒阵列的影响 16

3.4 不同周期对三维金属棒阵列的影响 17

3.5 金属棒的不同层数对三维金属棒阵列的影响 19

第四章 结论 22

参考文献 23

致 谢 25

第一章 绪论

1.1 引言

20世纪初，在无线电波可以沿着具有一定电导率的导体表面传播的大背景下，人们建立了有关表面波的数学描述方法。在可见光区域，直到20世纪中期，人们在光谱中观测到异常的光强减少后才将可见光在金属光栅的反射与早期的理论工作结合在一起。在这个时间段内，光与金属表面相互作用发生的光强衰减的现象是通过电子束在薄金属箔的衍射来记录的，在20世纪60年代，这种方法就用于光学中有关衍射光栅的早期工作。

从那时起，人们在这个领域的研究工作主要集中在可见光光谱内，而在21世纪初在微波和太赫兹领域的新发现则早在100多年前的工作类似。金属颗粒的局域表面等离激元的历史很清晰，有关玻璃色的金属颗粒的应用可以追溯到罗马时代。在1900年，人们建立了明确的数学基础。

如今的科学技术的进步与创新大部分依靠着如今的新型材料的生产。信息和数据的存储需要着材料介质可以满足相较过去而言更先进的存储密度与更先进的传输速度， 能源要求太阳辐射有效地转换成电能这个功能可以被新型的材料完成。 现如今，越来越来越多的人开始探索材料, 贵金属材料在不同方面的独特的特性及其在新能源探索、生物传感器、太阳能电池、光电信息存储、生物医疗等众多领域的应用受到各个方面的重度关注，并且进行深一步的探索。 如今,科学家探索了当金属纳米粒子相互接近时，然后构成二聚体、三聚体、二维阵列及三维阵列时, 纳米粒子的表面的等离子体的共振会出现耦合效应.。这种类型的耦合效应在粒子的局域产生强烈电磁场, 这种增强效应可以非常明显的增强分子荧光产生信号、分子的拉曼散射信号、双光子或多光子发光、二次谐波增强等非线性过程。`

表面等离激元不论从探索价值来说，还是已经取得的成就来说，都让科学家们感到欣慰。可以说，伴随着纳米材料技术的革新与进步,表面等离子体激元器件在未来将会更多的表进入现在的市场。

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