采用快速热退火方法制备了尺寸较小、密度较高的银纳米颗粒阵列，其面密度在一定区间可调控。通过实验测得银纳米颗粒阵列的远场反射和透射谱，进一步经理论数值变换，研究了所制备银纳米颗粒阵列的吸收、散射及消光特性。从谱线的变化趋势可知，当银纳米颗粒阵列的面密度不断增大、即颗粒间距逐步减小时，所产生的局域表面等离激元共振的波长发生红移；而且相邻金属纳米颗粒的耦合作用越强，波长红移越明显。该方法为分析高密度、小尺寸，特别是粒子间存在耦合的金属纳米颗粒阵列的等离激元特性提供了有效参考。

由于有机发光二极管(OLED)中存在金属阴极和有机层界面,故部分光子会转化为表面等离子激元沿金属表面传播耗散掉。同时,金属阴极自身也会吸收部分光能量。这两种情况均会导致器件出光率降低。分析了在结构为Ag (100 nm)/MoO₃ (5 nm)/NPB (35 nm)/EML (20 nm)/Alq₃ (40 nm)/Al (20 nm)/MoO₃ (50 nm)的器件内部引入银纳米颗粒(Ag NPs)或者金纳米颗粒(Au NPs)后器件出光效率的变化。同时,改变金属纳米颗粒的位置以观察其对出光效率的影响。利用有限差分时域法对无金属纳米颗粒的器件和金属纳米颗粒位于器件不同位置时的出光效率进行了模拟计算。结果显示,Ag NPs或者Au NPs都可以提高器件出光效率且Ag NPs优于Au NPs。在468 nm波长下,Ag NPs位于Al阴极表面、电子传输层(ETL)中间和Ag表面时器件的透光率分别是51.1%,50.5%和45.5%,而未掺杂Ag NPs的参考器件的透光率仅为43.3%。

光电探测器可以实现光信号到电信号的转换，在工业、**、医疗等领域已展现出巨大的应用价值。但是，传统的平直型光电探测器捕获线光的能力较弱，一定程度上限制了响应率等性能指标的进一步提高。而基于贵金属纳米结构的表面等离激元共振可以急剧增强近场区域的(纳米尺度)电场强度和对线光的捕获能力，大幅度地提高光电探测器性能。本文首先介绍了表面等离激元的基本原理。随后，详细介绍了金属纳米颗粒、金属光栅等不同结构的表面等离激元增强型光电探测器研究进展。最后，总结全文并针对表面等离激元增强型光电探测器的发展前景做出了展望。

本文提出了一种在晶硅薄膜太阳能电池Si层中嵌入金属纳米颗粒的结构, 通过控制金属纳米颗粒的形状、材料以及间距等因素, 利用金属纳米颗粒表面激发出的局域表面等离激元共振效应(LSPR)提高晶硅薄膜太阳能电池对光的吸收。使用微纳光学仿真软件(FDTD)对不同条件下的Si层吸收率以及光生电子密度分布进行了仿真研究。研究发现, 相较于未嵌入纳米颗粒的薄膜太阳能电池, 当嵌入球形Ag纳米颗粒时, Si层吸收率在0.8~1.1μm波段范围内有显著的提高, 整体吸收率比未嵌入纳米颗粒Si层吸收率提高了23.1%, 光生电子密度在纳米颗粒周围显著升高。嵌入Ag、Au、Cu、Al四种纳米颗粒的情况下, 在0.45~1.1μm波段范围内, 吸收率曲线均出现波动, 且嵌入Al纳米颗粒时可以激发出更宽波段范围内的吸收峰, 当Al纳米颗粒存在时Si层的光生电子密度整体分布最好。在对两个Al纳米颗粒间距T为0.1μm、0.15μm和0.2μm三种情况的分析中, 当波段在0.45~0.75μm波段范围内时, T为0.1μm时吸收率表现较好; 而在0.9μm和1.0μm波段附近T=0.15μm时会激发出更宽的吸收峰, 且高于T为0.1μm和0.2μm时的吸收率, Si层上部区域整体光生电子密度更高。

本文提出了一个由高品质光学腔,机械振子和金属纳米颗粒组成的腔光力学系统。一束强的泵浦光和一束弱的探测光同时作用于该系统。数值分析结果表明:在泵浦光的驱动条件下,系统对探测光的透射谱上会出现光力学诱导透明现象。该透明窗口的宽度由金属纳米颗粒和光腔之间的耦合强度决定。随着金属纳米颗粒和光腔之间的耦合强度的增强,该透明窗口会变窄,探测光的群延迟时间也会增大。我们分析了这些光学性质的变化原因,并给出了物理解释。

主要研究了不同结构参数对金属纳米表面等离子激元辐射增强的影响,以提高入射电磁波与金属表面自由电子的耦合效率。对Au、Ag纳米颗粒进行了数值模拟,比较了不同形状金属纳米颗粒的局域场增强。与其他结构相比,球形金属纳米颗粒具有更显著的局域场增强效应。通过改变球形金属纳米颗粒的各个参数进行Purcell分析,结果表明:沿极化方向的长轴尺寸、垂直于极化方向的短轴尺寸、环境材料的折射率以及光源距纳米颗粒的距离都会极大地改变金属纳米表面等离子激元共振辐射增强的效果,且会对共振波长的位置产生极大影响。最后对具有椭球壳结构的金属纳米颗粒进行了模拟,发现随着椭球壳内填充介质的折射率和椭球壳厚度改变,辐射强度都表现出不同程度的增强。

指纹携带有人类的特殊信息,是最重要的个体特征之一。快速、清晰的指纹识别和提取对于刑事侦探、公共安全等领域具有重要的意义。金属纳米颗粒在暗场下对光具有强烈的散射作用,本文利用这一散射特性来研究指纹成像。在暗场成像条件下,当指纹和金属纳米颗粒相结合,金属纳米颗粒的散射性能呈现出指纹细节特征。这一特性为指纹的提取提供一种新方法,该方法可实现快速、简单的指纹信息提取,避免了化学方法对指纹细节信息的破坏。

基于时间相关单光子计数技术，研究了金纳米颗粒对CdSe/ZnS量子点荧光自发辐射的影响。制备了与金纳米颗粒有效耦合的量子点样品，测量了高浓度量子点样品的荧光寿命，发现金纳米颗粒能够显著降低量子点的荧光寿命。研究了单量子点的荧光特性，发现单量子点与金纳米颗粒耦合时，荧光寿命降低到无金纳米颗粒时的1%左右。通过数值计算，研究了量子点偏振方向，量子点与金纳米颗粒间的距离，以及金纳米颗粒直径等参数对量子点荧光自发辐射速率的影响。

理论分析了贵金属纳米颗粒介电函数的尺寸及温度修正，考虑环境介质折射率的色散及随温度变化关系，计算了温度变化环境中Au纳米球的光学性质.结果表明，体相和纳米Au金属介电函数实部均随着温度升高而增大，而体相材料和纳米Au介电函数虚部表现出不同的温度特性; 对于纳米球的光吸收效率，温度升高，纳米球的吸收峰峰值增大; 对10~100 nm的Au纳米球吸收效率的温度灵敏度分析表明，Au纳米球的光吸收效率温度灵敏度随粒径增大而减小.

提出了一种用化学气相沉积法(CVD)直接在贵金属表面生长石墨烯，得到石墨烯覆盖金属纳米颗粒的表面增强拉曼基底的方法，并对得到的基底进行了形貌表征、拉曼光谱表征和探针分子表征，从而分析讨论了基底结构的稳定性和增强因子。实验结果表明：制备得到的基底均匀，稳定性好，并且增强因子能够达到107。主要是石墨烯在拉曼基底中起到了保护贵金属而不被氧化的作用，并且能够有效抑制荧光，其化学增强对增强因子也有贡献。