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1998年，法国Ebbesen等发表了关于金属表面亚波长小孔阵列增强远场透射的著名论文，引发了国际上对表面等离子体深入而广泛的研究，促使了表面等离子体学的形成。本书是作者参加2011年973项目“固态微结构中光诱导集体激发、光电耦合效应及其原型器件研究（2011CB922200）”的产物，内容包括固体等离子体的基础理论以及应用：平面波展开方法计算光子晶体能带结构、表面等离子体放大的受激发射理论、二维电子气的等离子体激发及太赫兹器件、电子气的等离子体激发、表面增强拉曼散射等。国内外关于该领域的书籍较少，本书有助于为相关领域的研究者提供一本入门参考书。

目录

第1章 金属中的电磁学 1

1.1 麦克斯韦方程和电磁波在介质中的传播 1

1.2 金属介电函数 3

参考文献 6

第2章 金属/介电介质界面的等离子体模 7

2.1 波动方程 7

2.2 单界面的等离子体界面模 8

2.3 多层膜的等离子体界面模 12

2.4 等离子体模的激发 17

2.5 表面等离子体波导 19

2.6 等离子体表面波激光器 21

2.7 波导中增益介质辅助的等离子体表面波的传播 22

参考文献 24

第3章 金属线的等离子体模 25

3.1 圆线和圆柱孔的等离子体模的色散关系 25

3.2 用平面波激发纳米线的表面等离子体模 28

3.2.1 产生函数 29

3.2.2 用产生函数计算金属纳米线的本征模 30

3.2.3 入射电场平行于x-z平面 31

3.3 散射和吸收系数 33

3.4 纳米金属线中表面等离子体模的激发 36

3.5 等离子体波在金属纳米线中的传播 39

3.6 等离子体波在金属纳米线中传播的衰减 42

3.7 金属纳米线上SP传播的电场显示 45

参考文献 49

第4章 金属球的等离子体模 51

4.1 金属圆球的等离子体模 51

4.2 散射和消光截面 57

4.3 Mie理论 62

4.4 金属纳米球的光学性质 66

4.5 金属纳米球等离子体模的阻尼 69

4.6 粒子等离子体模共振频率与周围介质的关系 72

4.7 核壳结构的纳米粒子 74

4.8 核/壳结构纳米粒子激光器 75

参考文献 78

第5章 平面波展开方法计算光子晶体能带和等离子体模色散关系 80

5.1 一维介质/介质(D/D)超晶格TM模的色散关系 80

5.2 一维D/D超晶格TE模的色散关系 82

5.3 金属/介质(M/D)超晶格TE模的色散关系 83

5.4 金属/介质(M/D)超晶格TM模的色散关系 84

5.5 超晶格中电磁波能量分布 85

5.5.1 TM模的电磁能量分布 85

5.5.2 TE模的电磁能量分布 86

5.6 二维D/D超晶格，TM模 87

5.6.1 锯齿状二维超晶格 87

5.6.2 圆柱或圆孔状二维超晶格，TM模 90

5.7 二维D/D超晶格，TE模 91

5.7.1 锯齿状二维超晶格 91

5.7.2 圆柱或圆孔状二维D/D超晶格，TE模 92

5.8 二维M/D超晶格，TE模 93

5.8.1 锯齿状二维超晶格 93

5.8.2 圆柱或圆孔状二维M/D超晶格，TE模 94

5.9 二维M/D超晶格，TM模 95

5.9.1 二维锯齿状超晶格 95

5.9.2 二维圆柱超晶格 96

参考文献 96

第6章 表面等离子体放大的受激发射理论 98

6.1 Spaser的引言 98

6.2 局域等离子体模的一般理论 100

6.3 Spaser理论 103

6.3.1 Spaser系统的哈密顿量 103

6.3.2 密度矩阵 105

6.3.3 二能级系统Spaser的方程 106

6.3.4 连续工作时的Spaser方程 107

*** 纳米线等离子体激光器 110

参考文献 112

第7章 二维电子气的等离子体激发和太赫兹器件 113

7.1 研究背景 113

7.2 二维电子气等离子体模的激发的新机制 115

7.3 基于周期栅的HEMT等离子体振荡器件 121

7.3.1 太赫兹辐射器 121

7.3.2 连续激光激发的太赫兹辐射 125

7.3.3 基于HEMT的太赫兹辐射的探测器和混合器 126

7.4 不用周期栅的等离子体器件 131

7.4.1 2DEG通道中的等离子体波和振荡 131

7.4.2 等离子体振荡器 132

7.4.3 太赫兹辐射的检测和倍频 133

7.4.4 利用等离子体振荡的光电混频器 134

7.5 石墨烯基异质结中的等离子体波 137

参考文献 138

第8章 电子气的等离子体激发 139

8.1 基本原理 139

8.2 介电函数 141

8.3 等离子体实验和理论 142

8.3.1 等离子体散射实验 142

8.3.2 电子散射实验理论 145

8.3.3 非相互作用电子系统的散射理论 146

8.3.4 光散射理论 147

8.4 单二维层半导体的元激发 147

8.5 耦合量子阱等离子体理论 153

8.6 磁场下耦合量子线的集体和单量子激发模 156

参考文献 159

第9章 表面增强拉曼散射 160

9.1 引言 160

9.2 表面增强拉曼散射的基本原理 160

9.3 表面增强拉曼散射的偶极相互作用理论 163

9.4 分子与金属球体系 165

9.5 光柱效应 168

参考文献 176

第10章 在频率有关的介电常数介质中的传播计算(FDTD方法) 177

10.1 一维模拟 177

10.1.1 自由空间 177

10.1.2 在介电介质中的传播 179

10.1.3 在有损耗介电介质中的传播 180

10.2 频率有关介质的一维模拟 181

10.2.1 利用流密度的表述 181

10.2.2 Debye介质 183

10.3 Z变换 186

10.3.1 Z变换的定义 186

10.3.2 Z变换应用于Debye介质 188

10.3.3 无磁场的等离子体介质 189

参考文献 191

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书籍介绍

1998年，法国Ebbesen等发表了关于金属表面亚波长小孔阵列增强远场透射的著名论文，引发了国际上对表面等离子体深入而广泛的研究，促使了表面等离子体学的形成。本书是作者参加2011年973项目“固态微结构中光诱导集体激发、光电耦合效应及其原型器件研究（2011CB922200）”的产物，内容包括固体等离子体的基础理论以及应用：平面波展开方法计算光子晶体能带结构、表面等离子体放大的受激发射理论、二维电子气的等离子体激发及太赫兹器件、电子气的等离子体激发、表面增强拉曼散射等。国内外关于该领域的书籍较少，本书有助于为相关领域的研究者提供一本入门参考书。