● 摘要
双光子激发荧光光谱学是非线性光谱学的一个重要组成部分。由于双光子发射具有长波激发、短波发射以及焦点激发等特点，从而具有了空间分辨能力高、对生物样品损伤小的优点，使其在物理、化学、生物、材料、医学等领域有着广泛的应用。但是，由于双光子荧光发射是一个非线性光学过程，所以与单光子荧光发射相比，其荧光辐射效率较低，这在很大程度上限制了双光子技术的应用。因此，如何实现高效率的双光子荧光发射是一个亟待解决的问题。近年来，基于表面等离激元的近场增强特性，金属纳米结构衬底在实现对探针分子的荧光发射进行调控方面取得了很多成果。因此，将其与双光子荧光技术相结合，可为解决上述问题提供有效途径。研究表明，金属纳米结构的微观形貌可以有效调控其表面等离激元共振吸收特性。因此，研究金属纳米结构的微观形貌与其双光子激发荧光特性之间关系，具有十分重要的科学研究价值和工程应用意义。
本文考虑到双光子荧光的激发光与发射光波长相差较大这一特点，选择了具有两个吸收共振峰的金纳米棒（Au nanorods）作为双光子荧光增强衬底，选择香豆素480、香豆素540A作为荧光探针分子，系统研究了激发波长、横模与纵模吸收等因素在双光子增强荧光效应中的贡献。本文主要分为两个部分：第一部分通过研究香豆素480分子的双光子荧光增强效应，研究了激发波长及金纳米棒纵模吸收对双光子增强的影响；第二部分通过对比香豆素540A与香豆素480分子的双光子荧光增强效果，研究金棒的横模吸收对双光子增强的影响。具体的工作如下：
第一部分：纵模共振吸收与激发波长对双光子荧光增强的影响。（激发增强）
首先利用种子生长法制备出了长径比不同且分散性良好的金纳米棒。通过改变激发波长，研究了香豆素480分子的双光子激发荧光信号随激发波长的变化规律。研究发现，当激发波长为730nm时，香豆素480的双光子荧光发射强度最强；当激发波长远离730nm时，双光子信号都呈现出减弱的趋势。在改变激发波长条件下，系统研究具有不同长径比的金棒（a.r=2.4, a.r=3, a.r=3.5, a.r=4 ）对香豆素480分子的双光子荧光增强特性。结果表明：在固定激发波长条件下，当纵模吸收峰与当前激发波长相匹配时，双光子激发荧光增强效果最明显；在激发波长改变时，双光子激发荧光增强的效果也会产生变化。
第二部分：横模共振吸收对双光子荧光增强的影响。（发射增强）
利用相同的方法，制备了长径比不同的金纳米棒以及香豆素540A分子的荧光分子膜，构建双层样品衬底结构，通过改变激发波长，研究激发波长对香豆素540A的双光子激发荧光增强特性的影响。实验中所使用的不同长径比的金纳米棒以及激发波长的变化范围与香豆素480分子实验中的一致。通过对香豆素540A在具有不同长径比的金纳米棒作用下的双光子荧光增强特性进行分析，发现金纳米棒的纵模共振吸收峰位置对双光子激发荧光增强影响明显。通过对比香豆素480与香豆素540A的双光子激发荧光增强，研究金纳米棒横模吸收峰对增强效应的影响，发现当荧光探针分子的双光子发射峰值与金棒横模共振吸收峰相匹配（香豆素540A）时，能够实现较为明显的双光子荧光增强。