谢欣

摘 要：利用时域有限差分法（FDTD，Finite-Difference Time-Domain）算法仿真分析了纯金，纯银的半球及球冠纳米颗粒的LSPR（Localized Surface Plasmon Resonance）消光光谱。发现纳米半球的材料和球冠尺寸会对光谱造成影响;消光峰位置的变化与环境折射率成线性关系;银纳米半球的折射率灵敏度大于金纳米半球的灵敏度;球冠与平面的接触角的改变会影响消光峰的位置。

关键词：微纳传感;贵金属颗粒;FDTD

当纳米颗粒的尺寸远小于入射电磁波波长，且纳米颗粒的自由电子往复振荡的固有频率与入射电磁波频率一致时，所产生的表面电子集体振荡大幅增强的现象称之为局域表面等离子体共振（Localized Surface Plasmon Resonance，LSPR）;这种特殊波长处的强烈的共振信号在特定场合中可以被传感仪器检测传输。本文利用FDTD solution仿真软件，取常见的金、银金属材料，对半球结构的纳米颗粒的LSPR现象进行了仿真分析，得到了纳米半球颗粒在相应变化条件下消光曲线的变化规律，為纳米传感的进一步研究奠定了理论计算基础。

1 仿真模型的介绍与环境参数设置

仿真模型如图1所示：仿真的波长范围设置在300nm到800nm之间，为可见光范围，为实验室常用光波方位。模型的光源为全场散射场光源（TFSF），该光源的优势是散射场的计算提前去除了光源直射部分，通常搭配PML（完美匹配层边界条件），可以较好地仿真计算出模型的吸收截面积和散射截面积，二者相加得出消光截面积的值。

2 仿真与结果分析

2.1 同尺寸下不同介质的金、银纳米半球的消光光谱

为了验证同等大小的金、银纳米颗粒在不同介质环境中的LSPR消光曲线。……