1. 研究目的与意义
表面等离激元（SPPs）是金属表面的自由电子与光子相互作用引起的自由电子的集体振荡。由于表面等离激元的产生，金属纳米结构具有非常特殊的光电性质。得益于纳米技术的发展，对基于表面等离激元的纳米结构体系的研究已形成了国际上迅猛发展的热点研究领域之一。直至二十世纪末，随着纳米制造技术的发展，在金属与介质表面的表面等离子体激元又重新引起了研究热潮。1998年，Ebbeseb等人在研究金属薄膜上的亚波长小孔阵列式时，发现了小孔超透射现象，提出了用入射光学与表面等离子体激元相互作用这一机制来解释这种现象。2001年Pendry提出了利用金属薄膜的负折射效应来实现完美透镜。在这几十年内，等离子光子学从非线性光学到光学系统的纳米天线再到生化传感方面均有重大突破。最近几年，该领域已逐渐形成了一个崭新的光学分支：等离激元学(Plasmonics)。
在十七世纪初，伽利略在研究乐器时发现了共振现象。随后在经典量子体系中，共振现象成了一个普遍特性。FANO共振效应是一种具有非对称线型的共振散射现象，起源于共振过程和非共振过程的量子干涉效应。近年来，在等离子体纳米结构中FANO共振现象也被发现，并成为纳米光子学的一个研究热点。研究表明，只要存在一个限宽较宽的模式（例如居于表面等离激元模式，LSP）和一个线宽较窄的模式（例如周期性结构所提供的衍射表面波或波导模式）发生包含相位信息的干涉行为的时候，均可以产生FANO共振。等离子体FANO共振通常具有较窄的光谱线宽，且不能直接与入射光耦合，只能局域在近场，强的近场局域特性可以获得巨大的表面电磁场增强。由于等离子体FANO共振独特的光学特性，已经被应用到单分子探测、高灵敏度传感、增强光谱、完美吸收、电磁诱导透明和慢光光子学器件等众多领域当中。
虽然FANO共振一般被认为是量子体系的典型特征，但随着研究的不断深入，人们认为量子系统已经不再是发生FANO共振的必要条件。尤其是近年来，在一些等离激元纳米结构中也发现了FANO共振。通过对等离激元和FANO共振的研究，我们了解到衬底可以诱导产生FANO共振。并且通过查资料也发现了LSP可以增强FANO共振。进一步地，通过对衬底上金属纳米颗粒的非对称光反射现象表明：当光通过金属纳米颗粒阵列反射回来时，整体反射波可以看成一个叠加波，这个叠加波来自空气/介质界面的反射和LAPS相叠加。当光从高折射率介质入射，金属纳米颗粒大道一定密度时，反射谱会出现一个不对称的线型，呈现出典型的FANO共振。
2. 研究内容与预期目标
本课题主要研究的内容是设计一种能够产生FANO共振的新模型，此模型要支持FANO共振的金属纳米结构，分析FANO共振特性，优化模型参数，本课题主要采取的银半球金属纳米颗粒。
本课题的预期目标是通过FDTD软件模拟一种金属纳米结构的能够产生FANO共振的模型，对与位于衬底上的半球金属纳米颗粒进行理论分析，当光从空气中入射时，反射波的相移随波长变化较小。所以，不论密度如何变化，反射谱在LSP共振波长均表现为波峰，金属纳米颗粒LSP散射波与界面的反射波之间的干涉行为在LSP共振波长处表现为相长干涉。而当光从衬底方向入射时，反射波的相位会随波长从-π到π之间变化，金属纳米颗粒LSP散射波与界面的反射波之间的干涉行为在LSP共振波长处表现为相消干涉，反射光谱会显示出典型的FANO线型。
3. 研究方法与步骤
本文采用了时域有限差分算法，采用了FDTD模拟了银半球纳米金属颗粒，衬底上按照六角密堆的方式放置金属纳米颗粒。通过改变纳米颗粒的直径（也就是体积）和颗粒之间的间距（也就是密度），并且观察反射谱的变化来研究FANO共振现象。
时域有限差分算法的原理是对电磁场的E、H分量分别在时间和空间上进行交替抽样的离散方式，每一个E（或H）场分量包围，利用这种方式将含有时间变量的Maxwell宣读方程转化为一组差分方程，用具有相同电参量的空间网格模拟被研究对象，选取适当的场初始值和计算空间的边界条件，并在时间轴上逐步求解空间电磁场。此外，FDTD还可以利用傅里叶变换得到频率，从而计算初坡印廷矢量和光的传输/反射等全局参数。
4. 参考文献
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5. 工作计划
2022.2 下达任务书2022.3 查阅相关资料，熟悉基本理论，完成英文翻译，完成开题报告
2022.4 熟悉模拟计算工具，完成模拟计算，得出模拟结果
2022.5 整理仿真结果，撰写毕业论文
以上是毕业论文开题报告，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
