● 摘要
金属纳米结构的表面等离子体共振能够突破衍射极限，将传统光学推向亚波长纳米光学。这将刺激一些新颖光学材料的发展， 并为纳米尺度光信息的传输与处理以及微型化和集成化新器件的创造提供可能。表面等离子体的局域场增强特性对金属的材料属性、纳米结构形貌以及介电环境的变化十分敏感， 故能够应用于高灵敏度传感器、拉曼光谱增强分子信号探测等。基于表面等离子体共振的金属纳米结构研究受到越来越多的关注，逐渐形成了表面等离子体光子学，这门学科在物理、材料、化学和生物传感等诸多研究领域具有广阔的应用前景。
表面等离子体光子学的出现使人们认识到可以设计特殊形状的金属或表面等离子体纳米结构，而有效的高性能计算机电磁仿真软件不仅能预测纳米结构的性能， 而且能够促进表面等离子体技术的发展。因此本文利用基于有限元法的软件 COMSOL Multiphysic，研究了几种不同金属纳米结构的表面等离子体的光学特性，具体包括基于 ITO 衬底的银核金壳复合纳米颗粒、 SiO2/Ag/SiO2/Au 多层纳米壳以
及贵金属盘-环纳米结构。我们模拟了上述纳米结构在各种不同条件下的消光谱，并详细分析了影响纳米结构消光特性的因素，主要取得了以下结果：
（ 1） 基于 ITO 衬底的银核金壳复合纳米颗粒的消光特性受其 ITO 衬底的介电常数、金壳厚度、银核半径和周围介质的影响。对于总尺寸一定的银核金壳复合纳米颗粒， 核壳比决定了复合纳米颗粒总体的光学特性。当复合纳米颗粒的金属壳层相对较薄时，其光学特性主要由银核决定并受金壳的调控。
（ 2） SiO2/Ag/SiO2/Au 多层纳米壳可以实现法诺共振，SiO2/Ag/SiO2/Au 多层纳米壳的法诺共振是由其内球壳和外球壳的偶极-偶极耦合杂化产生的。通过改变 SiO2/Ag/SiO2/Au 多层纳米壳的介质组分、纳米颗粒尺寸、内电介质层厚度、金纳米壳层厚度和周围介电环境这些参数， 可以实现法诺共振位置的调谐。
（ 3） 对于贵金属盘-环纳米结构来说，偏置纳米盘和环的相对位置，导致纳米结构对称性破缺，出现高阶法诺共振现象，此现象是由于偏置纳米盘的偶极模式和纳米环多级模式之间的耦合作用。非同心盘-环纳米结构高阶法诺共振的调谐受纳米结构的介质组分、纳米盘尺寸、盘-环纳米间隙以及周围介电环境的限制。 这些高阶法诺共振的研究有助于提高传感领域的探测灵敏度。