摘要
贵金属纳米结构的局域表面等离激元共振可将入射场能量有效局限在结构周围，这对增强纳米尺度上光场与物质的相互作用具有重要意义。其中基于贵金属纳米结构的非线性效应(如三次谐波)已被广泛用于实现超快非线性的钠光子器件。然而，一般情况下局域表面等离激元共振具有很强的辐射损耗，这将弱化基于贵金属纳米结构的非线性效应。为了解决这一问题，可以采用贵金属纳米颗粒所构成的阵列结构，其中局域表面等离激元共振与阵列瑞利异常形成耦合能够产生表面晶格共振从而有效抑制体系辐射损耗，同时入射场能量可以很好的局限在阵列中，其共振品质因子可以获得一个数量级以上的提高，故利用表面晶格共振能够有效增强以三次谐波为代表的非线性响应。然而要产生表面晶格共振需要制备规则排列的阵列结构，这对微纳加工技术提出了很高的要求。目前采用自上而下的刻蚀技术能够有效制备这种规则阵列结构，但其存在成本较高、样品尺寸受限的问题。 本文提出一种采用一维贵金属纳米颗粒阵列产生表面晶格共振的方法，这种阵列结构能够采用“自下而上”的自组装技术大面积制备，从而有效降低成本。论文重点研究了基于上述一维贵金属纳米阵列结构表面晶格共振的三次谐波发射特性。讨论了链状结构中不同间隔、单链排列方式对其光学响应的影响，同时研究了这些结构的局域表面等离子体共振和表面晶格共振对增强三次谐波效应的作用。主要工作包括： (1)研究了一维单链排布方式下的金纳米球颗粒的局域表面等离激元共振现象，分析了上述情况下的共振近场分布特性，讨论了一维贵金属纳米颗粒在不同纳米颗粒数量下的局域表面等离激元共振的强弱变化，对比了在不同方向偏振光入射的情况下所产生局域共振特性，同时研究了纳米颗粒之间间隔、周围环境折射率对局域共振的影响。基于以上结果，论文进一步设计了一维贵金属纳米颗粒阵列结构，研究并计算了阵列周期、入射偏振方向对阵列表面晶格共振的调制作用。研究结果表明当入射光偏振方向与一维贵金属纳米颗粒链长方向平行时能够产生更强的表面晶格共振。因此，通过调整入射光偏振方向、纳米颗粒间距、阵列周期、单链式的排列等条件有望实现对阵列结构三次谐波发射特性的有效调制。 (2)研究了一维金纳米球阵列表面晶格共振对三次谐波发射的增强特性。本部分内容重点讨论了通过对一维金纳米球阵列的周期、入射场偏振方向、周围环境介质折射率及入射场波长的调整对结构三次谐波发射强度的影响。研究结果表明当入射场与阵列表面晶格共振匹配时，能够产生更强的三次谐波发射。此外，一维金纳米球阵列表面晶格共振能够有效调节其三次谐波发射特性。这些结果对超快非线性微纳光子器件的设计具有重要的参考价值。
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