● 摘要
表面等离激元光子学理论的快速发展为薄膜太阳能电池、生物传感、表面增强谱学、光学波导、电磁斗篷等领域打开了一扇崭新的窗口。纳米技术的极大进步和电磁仿真算法的进一步完善使表面等离激元光子学理论获得了更多的应用。论文主要分为两部分，第一部分研究银纳米粒子（silver nanoparticles）的制备、光散射（light scattering）特性、及其表面等离激元（surface plasmon）性质。第二部分研究了一种新颖的具有内嵌扇形缺口的纳米盘结构的表面等离激元性质。
第一部分
通过真空热蒸发技术制备银膜，并且在氮气环境中对银膜进行退火处理制备银纳米粒子。研究了不同退火温度对银粒子表面形貌和光散射特性的影响，并且基于银纳米粒子的表面等离激元性质对其光散射特性进行解释。利用扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、粒子尺度分析软件和自制的光散射测量仪研究了不同退火温度下银纳米粒子的表面形貌和光散射特性。
当退火温度从300℃增加到600℃时，银纳米粒子的平均直径逐渐减小，而其平均高度先增加后减小。银纳米粒子经历了一个从互相连接的不规则虫状到离散的规则圆状的形状转变。当入射光波长为650纳米时，平均直径为350纳米的银纳米粒子（在退火温度为400时制备的）呈现了较强的光散射特性。由于在不同的退火温度下，银纳米粒子的表面形貌有很大区别，因此可以通过控制退火温度，调节银纳米粒子的表面形貌，从而调控银纳米粒子的光散射特性，以实现大角度范围内的光散射增强。.
第二部分
提出并且设计了一种新颖的平面等离子纳米结构，一个具有内嵌扇形缺角的纳米盘结构（NDBMS）。此结构由一个纳米盘和一个内嵌的扇形缺角组成，扇形缺角由0增加到360°。通过有限元和时域有限差分算法，理论研究了不同角度的扇形缺口对该结构的消光光谱、电场分布和表面电荷分布的影响。我们系统研究了这种对称破缺纳米结构的高次法诺谐振的产生和操控。
我们发现，当扇形缺角局域在一定范围之内时，可以在可见光波段产生高次法诺谐振（四极，八极和十六极法诺谐振）。仿真计算的结果表明，这种高次法诺谐振起源于由扇形缺角边缘支持的偶极亮模式和由纳米环支持的多级暗模式之间的相干干涉。此外，我们还发现，尺寸只对光谱位置具有明显的影响，而环宽不仅对光谱位置有影响，还对高次法诺谐振的强度和调制深度有显著的影响。这种奇特的光学性质起因于这种结构经历了一个从完整纳米盘到完整纳米环的形状改变。在这种具有对称破缺的纳米结构中，高次法诺谐振的光谱形状可以通过改变此结构的几何参数来自由调控。