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1 表面等离子体光学的物理和应用&李志远 钟晓岚1

1.1 表面等离子体光学的历史和现状3

1.2 表面等离激元的基本性质7

1.2.1 表面等离激元简介7

1.2.2 表面等离激元的色散关系8

1.2.3 表面等离激元的四个特征长度10

1.2.4 表面等离激元的光激发11

1.2.5 金属纳米颗粒的表面等离子体共振13

1.3 金属薄膜纳米结构的表面等离子体光学性质17

1.3.1 亚波长金属纳米结构的制备17

1.3.2 复杂金属纳米结构的异常光透射性质19

1.3.3 周期调制的金属纳米狭缝的光束准直特性22

1.3.4 表面波全息术及小孔衍射的波前调控25

1.3.5 金属界面附近表面等离激元辅助的偶极子相互作用30

1.4 金属纳米颗粒表面等离子体共振的调控和应用32

1.4.1 金纳米颗粒表面等离子体共振在生物医学上的应用33

1.4.2 表面等离子体共振在局域场增强和拉曼信号检测的应用36

1.4.3 金纳米颗粒等离子体共振模式的区分和实验检测41

1.4.4 TiO2纳米颗粒紫外光吸收的等离子体共振增强46

1.5 表面等离子体波的增益放大50

1.5.1 复合增益金属纳米颗粒与单分子拉曼散射增强51

1.5.2 金纳米棒——增益介质复合纳米颗粒的等离激元放大效应54

1.5.3 表面等离激元的自发辐射放大55

1.5.4 等离子体波导传输的增益补偿与放大57

1.6 表面等离子体光学非线性增强62

1.6.1 金纳米棒的定向排列与非线性增强效应63

1.6.2 基于金纳米颗粒双峰共振的二次谐波增强64

1.6.3 非线性金属纳米天线的光学双稳态70

1.7 光镊对金属纳米颗粒的捕获和操纵75

1.7.1 光镊的基本原理75

1.7.2 光镊对金球颗粒和金纳米棒颗粒的捕获77

1.7.3 光镊对金纳米棒的组装和表面等离子体共振调控80

1.7.4 柱对称矢量光光阱对纳米金颗粒的捕获84

1.8 总结和展望88

参考文献90

2 超常材料&郝加明 周磊 仇旻97

2.1 超常材料的概念与历史99

2.1.1 超常材料的概念99

2.1.2 超常材料的发展史100

2.2 超常材料的奇异性质102

2.2.1 材料分类——基于材料的电磁性质102

2.2.2 负折射102

2.2.3 反常切仑科夫辐射105

2.2.4 倒逆的多普勒（Doppler）效应105

2.2.5 奇异的表面波106

2.3 超常材料的设计与制备110

2.3.1 自由电子气的介电常数110

2.3.2 电响应谐振超常材料112

2.3.3 磁响应谐振超常材料114

2.3.4 负折射率超常材料117

2.3.5 三维立体光波超常材料124

2.4 超常材料的应用128

2.4.1 平板超棱镜成像129

2.4.2 超高折射率超常材料132

2.4.3 零折射率超常材料135

2.4.4 高阻抗表面143

2.5 结语152

参考文献152

3 近场光学显微技术&李智 龚旗煌177

3.1 近场光学显微技术基础179

3.1.1 近场光学显微技术原理179

3.1.2 近场光学显微镜的种类和工作模式184

3.1.3 近场光学探针190

3.1.4 近场探针-样品的间距控制196

3.2 近场光学显微技术应用200

3.2.1 近场超分辨成像200

3.2.2 近场光谱209

3.2.3 近场主动应用216

3.3 超高时间分辨飞秒近场光学219

3.3.1 飞秒时间分辨光谱技术220

3.3.2 飞秒技术和近场技术的结合222

3.3.3 飞秒近场系统应用225

3.4 总结和展望239

参考文献240

4 纳米光纤／纳米线光子学及其器件应用&王依霈 童利民249

4.1 纳米光纤和纳米线的研究现状251

4.1.1 纳米光纤的研究现状252

4.1.2 半导体纳米线的研究现状255

4.1.3 聚合物纳米线的研究现状258

4.1.4 非线性晶体纳米线的研究现状260

4.1.5 金属纳米线的研究现状263

4.2 纳米光纤和纳米线的导波特性269

4.2.1 纳米光纤的导波特性270

4.2.2 金属纳米线的导波特性278

4.3 纳米光纤和纳米线光子器件283

4.3.1 纳米光纤／纳米线分束器284

4.3.2 纳米光纤／纳米线滤波器285

4.3.3 纳米光纤／纳米线马赫-曾德干涉仪286

4.3.4 纳米光纤／纳米线光栅288

4.3.5 纳米光纤／纳米线环形谐振腔291

4.3.6 纳米光纤／纳米线激光器293

4.3.7 纳米光纤／纳米线传感器296

4.3.8 纳米光纤／纳米线光电探测器300

4.4 总结305

参考文献306

5 基于光子晶体的微纳光电子器件研究&王宇飞 郑婉华315

5.1 光子晶体的性质及应用317

5.2 基于光子晶体的无源光子学器件321

5.2.1 光子晶体波导集成器件321

5.2.2 磁性光子晶体器件324

5.2.3 光子晶体自准直传感器326

5.3 基于光子晶体的有源光电子器件329

5.3.1 光泵浦光子晶体面发射激光器329

5.3.2 光泵浦光子晶体边发射激光器335

5.3.3 电注入光子晶体垂直腔面发射激光器337

5.3.4 电注入光子晶体横向腔面发射激光器348

5.3.5 光子晶体高光束质量半导体激光器352

5.3.6 硅基混合集成激光器354

5.3.7 光子晶体光放大器356

5.4 总结与展望357

参考文献358

6 纳米光学分子检测技术中的无标记传感与拉曼散射&杨天 龙婧 贺晓龙 易会 李宏泉373

6.1 概述375

6.2 无标记光学生物传感376

6.2.1 无标记传感的原理和指标377

6.2.2 研究概况380

6.2.3 产业概况389

6.2.4 光纤端面的表面等离激元谐振传感器件391

6.2.5 总结与展望396

6.3 单分子增强拉曼散射397

6.3.1 拉曼散射理论397

6.3.2 单分子表面增强拉曼和针尖增强拉曼概述401

6.3.3 纳米金属颗粒-镜面结下的拉曼增强417

6.3.4 总结与展望421

参考文献421

索引435