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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

光子晶体（phcs）和等离子纳米结构是两个重要的光学元件，并且近年来已被广泛应用于在许多应用的光操作中。光子晶体是周期性的电介质结构，其中不同的折射率的材料具有周期性和空间分布性。光子晶体中光的传播是由光子带隙结构调制的。在等离子体结构的情况下，这些光学元件的特点是表面等离激元（spp）和局域表面等离子体共振（lspr），这是自由电子在金属/空气或金属/电介质接口的集体振荡引起的，并把光集中在亚波长体积范围内，这种能力已被利用在多功能设备中。最近，已证明，周期性介电结构与金属结构的组合，可以提供一个有效的手段以实现多自由度的光操作。一方面，这种等离子体-光子系统可以减轻等离子体和光子结构的各自的限制。另一方面，可以实现混合系统中的协同光响应或增强更广泛的功能，例如等离子体与衍射共振的协同作用产生了极化光响应，并且相关导模和全介质光子晶体共振腔更加明显。

目前，据报道在不同的等离子体–光子系统中，一个平坦的金属表面涂上一层自组装乳胶球单层阵列是研究最多的一种，具有一系列优点，如低成本，制造简单，以及可以通过简单的修改结构参数来实现光响应的可调谐性。相比于金属表面上制备衍射光栅，这个结构中光栅作为在光栅–金属界面激发表面等离极化激元spps耦合元件。该系统支持多个光子与等离激元传播共振模式，包括与介质光子晶体相关的波导（wg）模式，集中在金属表面等离激元（spp）模式，和混合模式（wg–spp）。这些共振模式的空间能量分布的理论和实验研究表明，场增强尤其是那些局限在介质球内的场增强，可以在混合等离子体-光子系统中的wg模式获得。因此，这种混合动力系统是用于开发增强光发射器和先进传感器。然而，这种体制作为平台开发先进应用的弊端是显而易见的。例如，如果要使用这个系统作为一个可调谐的发光器件，在金属表面上的自组装过程中必须先加入微球。而且，一旦混合系统形成，微球中的发射体就不能改变，限制了进一步扩展。

2. 研究的基本内容

本文通过使用FDTD-solutions软件研究了沉积在金属表面的二维有序亚微米碗阵列的场增强现象。首先，模拟计算了沉积在金属表面的二维有序亚微米碗阵列的反射光谱和电场分布。显然，这种混合动力系统还支持多个光子和等离子传播的共振模式，并且在反射光谱中检测到三个尖谷。进一步的模拟研究了观察到的尖谷频率对应的电场分布模式。然后，为了研究混合系统的结构参数对光学响应的影响，通过模拟不同的结构参数，包括碗阵列的高度，底碗和金属膜的距离，碗的直径，金属膜的厚度以及用于形成亚微米碗的材料类型，分析了反射光谱的演变过程。最后，为了研究引入发射器在碗腔中的光场增强效应，模拟计算了引入不同直径的球形二氧化硅颗粒在碗底的反射光谱和电场分布。结果表明，通过简单地引入发射器在碗腔中可以使光场增强，这作为一个可再生的平台表现出了很大的潜在的应用，例如如果具有适当的周期和材料，可作为传感器或可调发射器件。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

实施方案:

第一阶段：确定研究课题、查找文献资料、了解研究课题的目的和意义；

第二阶段：填写课题任务书、开题报告、进行外文翻译等等；第三阶段：对所选课题进行研究，得出结论。

4. 参考文献

[1]张志东. 金属微纳米结构局域表面等离激元共振和表面等离极化激元传播特性研究[d].西南交通大学,2014.

[2]黄运欢. 贵金属纳米颗粒聚合体中多重法诺共振效应的研究[d].太原理工大学,2015.

[3] wood r w.o n a remarkable case of uneven distribution of light in a diffraction gratingspectrum[j] proceedings of the physical society of london,1902,4(21): 269-275