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纳米核壳结构的光学二次谐波增强特性的理论研究

作　者: 薛恺
导　师: 姜永远
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 光学
关键词: 核壳结构表面等离子体共振局域电场二次谐波共振波长红移
分类号: O438
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

核壳结构的复合纳米粒子,尤其是以绝缘体为核以金为壳的复合纳米粒子,通过改变内核材料的介电常数、金属纳米颗粒的大小和核壳的相对尺寸,可以实现很宽波段内(可见到近红外区间)的表面等离子体共振、局域电场增强以及二次谐波增强等特性的可调谐。该可调谐特性在传感器、光学定标、光热疗、癌症检测以及生物组织成像等领域都有广泛的应用前景。本论文首先从Maxwell方程组出发,根据纳米粒子与光波相互作用的准静态近似理论,给出了核壳结构复合纳米粒子的表面等离子体共振消光截面、局域电场增强因子以及二次谐波增强因子的表达式。然后我们采用数值计算详细分析了以绝缘体材料为核以金为壳的核壳结构的光学性质,并对比核壳组分的次序被颠倒时(也就是以金为核以绝缘体材料为壳的结构)这两类复合纳米粒子的绝缘体材料的介电常数,复合纳米粒子周围环境的介电常数以及内核尺寸与壳层厚度等参数的变化对表面等离子体共振、局域电场增强和光学二次谐波增强的影响。通过对数值计算结果的分析,我们知道以绝缘体材料为核以金为壳的复合纳米粒子在共振波长范围方面具有更高的可调谐性,共振波长很容易调节至近红外区。最后,我们以Au2S核Au壳的复合纳米粒子为例,具体分析其内核半径与壳层厚度对二次谐波增强的影响,并给出核半径与壳厚度的比值X在3~10之间变化时,短波处二次谐波增强的共振波长一般在近红外区700~1200nm范围内,随X增大而近似线性增大。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-13
  1.1 引言  8
  1.2 纳米粒子的性质  8-10
  1.3 核壳结构复合纳米材料的应用  10-12
  1.4 本论文的主要研究内容  12-13
第2章核壳结构复合纳米粒子与光波相互作用的准静态近似分析  13-24
  2.1 核壳结构复合纳米粒子光学性质研究的理论基础  13-17
  2.2 金纳米粒子介电常数的理论处理  17-21
    2.2.1 金体相材料的介电常数的处理  18-20
    2.2.2 纳米尺度的金介电常数的尺寸效应修正  20-21
  2.3 表面等离子体共振效应  21-23
    2.3.1 自由电子在金属-电介质表面的共振模式  21-22
    2.3.2 自由电子在金属纳米粒子表面的共振模式  22-23
  2.4 本章小结  23-24
第3章核壳结构表面等离子体共振的数值分析  24-34
  3.1 介电常数对表面等离子体共振的影响  24-27
    3.1.1 内核材料的介电常数对表面等离子体共振的影响  24-25
    3.1.2 周围环境介质的介电常数对表面等离子体共振的影响  25-27
  3.2 纳米球壳半径对 SPR 增强的影响  27-33
  3.3 本章小结  33-34
第4章核壳结构二次谐波增强的数值分析  34-52
  4.1 金纳米球壳内核介质的介电常数对光学 SHG 增强的影响  34-37
    4.1.1 金纳米球壳内核介质的介电常数对局域电场增强的影响  34-35
    4.1.2 金纳米球壳内核介质的介电常数对 SHG 增强的影响  35-37
  4.2 周围环境介质的介电常数对光学 SHG 增强的影响  37-39
    4.2.1 周围环境介质的介电常数对局域电场增强的影响  37-38
    4.2.2 周围环境介质的介电常数对光学 SHG 增强的影响  38-39
  4.3 纳米球壳半径对光学SHG增强的影响  39-49
  4.4 径向距离对光学 SHG 增强因子的影响  49-51
    4.4.1 径向距离对局域电场增强的影响  49-50
    4.4.2 径向距离对 SHG 增强因子的影响  50-51
  4.5 本章小结  51-52
结论  52-53
参考文献  53-57
致谢  57

纳米核壳结构的光学二次谐波增强特性的理论研究

内容摘要

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