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1.2纳米光子学概述

纳米光子学是研究在纳米尺度上光与物质相互作用的科学与技术。纳米光子学所涉及的器件特征尺寸与波长在同一个量级。纳米光子学研究目标是在纳米尺度上实现对光子的操纵和光学器件的构筑。纳米光子学的研究包含两方面：第一研究纳米范围内光的新奇性质；第二为工程应用制出高功率高效器件。得力于人们对微纳尺度上或亚波长尺度上对光性质变化的浓厚研究兴趣，以及市场的巨大需求和工业界的强力投入，纳米光子学成为目前发展最为迅速的现代光学分支之一。总而言之，纳米光子学不仅为研究在小于光波长的尺度上光与物质的相互作用过程提供激动人心的机遇，而且为在更小尺度上的光学制造技术打造了一条新的途径，与此同时为纳米光子学材料在光子器件[5]、纳米医学[6]、纳米生物学[7]等方面的应用创造了丰富的条件。

关于金属纳米颗粒光学性质的研究在很早以前就已经备受瞩目。据称古罗马人在1600多年前将金纳米颗粒掺入玻璃之中利用其散射和吸收特性，制作了光辉迷人的“莱克格斯杯（Lycurguscup）”，它是由双色玻璃制成，英国伦敦大学学院考古学家伊恩-弗雷斯通（IanFreestone）研究发现这个高脚杯具有独特的光学特性，当光线从前方照射时杯子呈现绿色，当光线从后方照射时杯子呈现红色，如图1.1所示[8]。2013年研究人员通过显微镜下观察破碎的玻璃碎片，发现这个高脚杯采用了类似“现代纳米”的工艺制造，古罗马人正是在玻璃中浸渍了金、银等金属颗粒其直径大约50纳米（毫微米），是盐粒直径的千分之一。

图1.1（a）当光线从高脚杯前方照射时，杯子呈现出绿色； （b）而当光线从高脚杯后方照射时，呈现出红色。

相对于在传统光学领域中，金属通常被用作导电介质或光反射元器件。随着纳米科学和技术的兴起，新的纳米探测和制备技术引导着纳米光子学方向的发展，导致人们对于更小尺度世界中的迷人现象有了全新的认识。研究人员在上世纪八十年代成功制造近场光学扫描显微镜[9]，为纳米世界光学相关实验的进行提供了充足的条件。目前研究表明金属具有很多电磁性质，其中金属作为等离子体在纳米光学上的应用取得了突破性的进展。

1.2.1纳米光子学应用

（1）纳米医学工具通过超高分辨率显微镜科学家可以研究细胞的纳米结构，这种显微镜的光学分辨率可以达到19纳米以下，在它的帮助下我们可以观测到活细胞内的具体生物活动。在类似于超高分辨率显微镜这样的纳米医学工具的帮助下我们对于生物医学的认知达到了更深入的层次，从而为研究免疫类的疾病以及神经网络的修复以及癌细胞的机理提供了强大的工具[5][6][7]。

（2）储存信息

现代信息社会快速发展，人们对于信息容量的追求日益增加，促使我们采用新技术来满足这一要求。纳米光子学其中一项激动人心的应用便是利用表面等离子体纳米结构实现高密度数据储存。NiekVH，SineadK提出利用近场转换器来储存数据[10]。