表面等离激元自诞生以来已有一百多年的历史, 并逐渐形成了一门新的学科--表面等离激元光子学。 位于金属纳米结构中的局域表面等离激元可产生非常显著的近表面电场增强, 并成功应用于诸多研究领域当中, 而对局域表面等离激元与外界入射光中磁场的相互作用的研究则相对较少。 该研究在前期已有的研究基础之上模拟计算了金属纳米球-纳米圆盘结构间隙处的近表面电、 磁场增强, 研究结果表明该结构在单束紧聚焦径向偏振光束的激发下, 金属纳米圆盘产生局域表面等离激元呼吸模式和上下表面处的电偶极矩模式, 该模式使圆盘中心纵向表面电场得到增强。 由于金属纳米圆盘与金属纳米球的局域表面等离激元电偶极矩的耦合共振相互作用, 可以形成纵向电场得到有效增强的局域表面等离激元共振间隙模式。 通过数值模拟计算研究, 证明该金属纳米结构间隙模式的纵向电场分量相对于径向偏振入射光的有效激发横向电场分量即近表面电场的增强因子高达250倍; 而近表面磁场的增强因子高达170倍。 为了更清晰地展现出这种新型金属纳米结构的光谱特性以及近表面电、 磁场分布特征, 还展示出了该金属纳米结构的近表面电场增强分布、 近表面磁场振幅分布以及近表面电、 磁场共振波长的对比分析, 计算结果表明所提出的金属纳米球-纳米圆盘结构具有明显的局域近表面电、 磁场增强优势以及较宽的频谱波段。 由于本文提出的金属纳米结构具有电、 磁场增强优势, 希望计算结果能应用到更多的研究领域当中, 尤其是生物医学等领域, 为人们抗击疫情提供一点点参考和帮助。

采用溶剂热法分别制备了球形银纳米颗粒和多形貌银纳米颗粒, 其中球形银纳米颗粒具有400 nm的窄带等离激元共振峰, 而多形貌银纳米颗粒的共振区间在400~700 nm之间, 将它们分别掺入R6G与PVP的混合溶液中, 利用旋涂法在玻璃基板上制备银纳米颗粒嵌入染料掺杂聚合物薄膜随机激光器。 采用纳秒脉冲激光进行随机激光泵浦实验, 实验结果表明球形银纳米颗粒染料掺杂聚合物薄膜只有自发辐射峰, 而多形貌银纳米颗粒染料掺杂聚合物薄膜具有线宽<0.8 nm的相干随机激光发射光谱, 其阈值为1.9 mJ·cm^-2, 这可能是由于银纳米颗粒的等离激元共振区间与R6G的发射光谱重叠, 支持局域等离激元效应的形成, 明显的局域场增强有效地改善了与附近分子的相互作用, 从而激发了更多的辐射光子, 促进了高增益的形成。 进一步, 利用多形貌银纳米颗粒在银纳米颗粒染料掺杂聚合物薄膜中随机分布的特性, 通过改变泵浦位置, 实现了20 nm范围内的随机激光输出波长的调控, 具体输出范围为590.1~610.4 nm。 认为这是由于多形貌银纳米颗粒在不同位置的组成和分布不同, 改变了表面等离激元的相互作用和光子的散射能力, 从而形成不同的增益效应和不同的封闭光振荡路径。 此外, 考虑到多形貌银纳米颗粒的共振波长较宽, 探究了其用于输出其他颜色光的可能性。 以与上述银纳米颗粒R6G染料掺杂聚合物薄膜相似的制备方法, 制备了多形貌银纳米颗粒掺杂DCJTB染料聚合物薄膜, 并且进行随机激光泵浦实验。 结果表明, 可以有效的产生波长为675 nm, 半高宽<0.8 nm的相干红光随机激光, 并且阈值仅为0.98 mJ·cm^-2。 研究结果在宽带可调谐随机激光器研究以及多色随机激光器研究领域具有重要的参考价值。