第12讲：等离子体(IV)——局域表面等离子体弯曲玻璃
课本:
S.Maier,Plasmonics:Fundamentals and Applications ,Chap.5董国艳
中国科学院大学材料科学与光电技术学院
纳米光学(Nano-Optics)
研究生课程
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课前思考:
••金子小颗粒(nm-size)是什么颜的?
为什么它们会成像不同的颜?
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1.金属纳米粒子的局域表面等离子体(Localized surface plasmons LSPs ）−−−−偶极辐射的回顾 LSP 的纳米粒子（准静态近似）
LSPR 的大小和形状依赖性（Mie 理论）LSP 的纳米棒（Gans 理论）
3. LSP 粒子之间的耦合
4.LSP 的复杂的纳米结构–球壳
5. 体积等离子体，SPP 和LSP 的比较
本讲内容
2. LSP 的共振条件
− LSP同SPP 的差异
− 金属纳米粒子的彩效果
− 各种金属纳米粒子41.金属纳米粒子的LSP
•SPPs ：在金属-电介质延展界面上的SP 传输(光子耦合为SP).+-+
k •LSPs (localized surface plasmons 局域表面等离子体)：在金属纳米粒子/纳米空腔的封闭表面上不传播的SPs •LSP 的激发将影响透过纳米粒子的光的
extinction：消光比，absorption：吸收，scattering：散射
LSP 被约束在粒子上
光纤熔接示意图
5金属粒子的彩效应
过去：不同的形状&大小→不同的彩Au colloids in water (M.Faraday ~1856)
Lycurgus Cup
教堂窗户上的彩玻璃
防辐射屏今天(出于同样原理):
colloid：胶体，stained glass：彩玻璃
聚焦和传导光
到纳米粒子上
金属纳米粒子胶体
6Nano-shell
Nano-prism Nano-pentagon Nano-rod
Various metal
nanoparticles Simplest to analyze
Nano-
sphere shell：空壳，rod：棒，sphere：球，pentagon：五边形
7•当金属纳米球足够小(d<<λ)，它可以被看作一个有效电偶极子开始振荡产生电磁波几个周期后(辐射方向⊥振荡方向) dipole：电偶极子，conduction：导电，radiate：辐射，oscillation：振荡2.LSP 共振条件
中药煎药器
时谐电场驱动自由电子的简谐振荡
振荡偶极子辐射（光散射）88•辐射强度:(与角度相关)
看第2讲•得到:•结论:
−较强的散射发生在较高的ω(较短的λ)
−前后方向都发生散射
回顾偶极子辐射
•辐射图:
婴儿电动摇篮床•考虑电偶极矩的洛伦兹模型：
electromagnetism：电磁学，electrodynamics：电动力学，polarizability：极化率
气门绞刀推导：看任何教电磁学和电动力学科书
9为什么天空是蓝的?
molecule：分子10•云是由主要尺寸为1-14μm 的小水滴组成的(d >~λ)
See Arnott et al.,Appl.Opt.36,5205(1997).
•辐射方向图:
droplet：小滴
但是，云为什么是白的?
但是, 为什么早上/晚上的天空是红的?−向前散射强烈
−不同λ的散射强度I s 相近
−不同λ的散射最大值在不同方向
