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金属表面和内部存在大量的自由电子,这些大量电子组成的自由电子气团为等离子体(Plasmon),表面等离子体则是存在于金属表面的自由电子气团。当满足一定条件的光入射到金属表面时,会引起金属表面的自由电子气团振荡,从而形成表面等离激元共振(Surface Plasmon Resonances,SPRs)。当金属颗粒尺寸远小于入射波长时,自由电子气团则会围绕金属颗粒产生振荡,形成局域表面等离激元(Localized Surface Plasmon,LSP)。基于局域表面等离激元的光学纳米天线在电场局域、探测传感及非线性光学等领域有着广泛的应用。本论文主要依据表面等离激元的物理原理及特性,设计了两种光学纳米天线,并使用有限元法对纳米天线进行了仿真验证和参数分析。深入探索了其产生电场增强效果的内在物理机制以及在表面增强拉曼散射上的应用。主要内容如下:1、简要介绍表面等离激元的概念及特点,包括表面等离激元的研究历史和基本理论,详细介绍金属的自由电子气模型,分析传输表面等离激元和局域表面等离激元的性质。2、介绍基于表面等离激元理论设计的光学纳米天线的原理、特点及应用。分析几何参数对纳米天线共振波长的影响,着重介绍国内关于领结形纳米天线器件产生电场增强效果的前沿研究成果。3、阐述表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering,SERS)的研究背景、作用原理,分析表面增强拉曼散射基底的特点和制备要求,对表面增强拉曼散射的应用进行了介绍。4、设计了一种基于表面等离激元的V形孔领结纳米天线,该天线能够将入射光局域在纳米尺度内并产生强电场局域效果。通过绘制分析电场振幅图和电荷分布图,对V形孔在领结天线结构中的作用进行了分析。5、设计了一种由阶梯形领结和矩形纳米腔组成的复合结构的金属纳米天线。该天线可以实现电场的高度局域增强,同时可以在z方向上将电场均匀局域在领结天线周围,随后对复合结构产生电场增强和几何参数改变导致共振峰移动的原因进行了分析。该复合结构金属纳米天线所具备的双共振峰增强效果非常适用于表面增强拉曼散射(SERS)。