郭茂坤Kuo, Mao-Kuen臺灣大學:應用力學研究所杜偉民Tu, Wei-MinWei-MinTu2010-05-182018-06-292010-05-182018-06-292009U0001-1708200906512100http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/183567根據Maxwell電磁理論、Mie理論、並矢格林函數，整理三維金屬奈米粒子受到平面波與電偶極波源入射後其散射電磁場之解析解。最後更進一步定義激發效率、量子效率、螢光增益與平均螢光增益，探討其近、遠場性質。 本研究首先整理平面波入射實心散射體問題，並經由Mie理論求得散射係數與散射電磁場級數解，並進一步將實心散射體延伸推廣至核-殼散射體。而電偶極波源入射實心散射體問題，則是經由並矢格林函數求得散射係數與散射電磁場，並且同樣將實心散射體延伸推廣至核-殼散射體。實驗上以電偶極波源模擬螢光分子，而金屬奈米粒子靠近螢光分子的激發過程與放射過程，可利用上述兩部分解析解模擬。但實驗過程中並無法確定螢光分子的位置與方向，故最後將透過向量疊加的特性得到平均螢光增益。Excitation stage and emission stage models for the fluorescence are used for analysis. For the excitation stage, the scatterer and the nearby molecule is irradiated by an incident plane wave. Due to the surface plasmon resonance (SPR), the Mie theory is presented for the simulation for the local electric field amplifying to pump the electrons of the molecule. After the molecule is excited, it is modeled as an electric dipole to radiate fluorescence in the emission stage. Using the method of dyadic Green’s functions, an analytic solution in series form is obtained to calculate the radiative and nonradiative decay rates of the dipole in the presence of the scatterer. According to the above results, we can even get the average enhancement facor through the principl of superposition. By this way we can explain the behavior and differences between the theory and experiment.第一章 緒論 1.1 前言 1.2 研究動機 2.3 文獻回顧 2.4 本文內容 5二章 電磁理論 7.1 Maxwell方程式與邊界條件 7.2 向量波方程與向量波函數[40] 9.3向量波函數的正交特性[38] 12.4平面波於實心球散射體之散射 12.5平面波於核-殼球散射體之散射 14三章 電偶極與球型散射體解析解 19.1電偶極波源場[42] 19.2電偶極波源之並矢格林函數[38] 21.3實心球散射體 24.4徑向振盪電偶極於實心球散射體外之散射 25.5切向振盪電偶極於實心球散射體外之散射 26.6核-殼球散射體 27.6.1電偶極於散射體外 28.6.2電偶極於散射體內 29.7徑向振盪電偶極於核-殼球散射體外之散射 31.8切向振盪電偶極於核-殼球散射體外之散射 32.9徑向振盪電偶極於核-殼球散射體內之散射 34.10切向振盪電偶極於核-殼球散射體內之散射 35.11激發效率、量子效率、螢光增益與平均螢光增益 37.12 平均螢光增益 38四章 數值結果 43.1 實心球散射體 44.1.1 散射體外不同位置的影響 44.1.2 不同大小的散射體 45.1.3 與散射體不同的距離 46.1.4 不同環境造成的影響 46.1.5 任意振盪方向電偶極 47.1.6 任意位置之平均螢光增益 48.1.7 輻射場型 48.2 核(金屬)-殼(二氧化矽)球散射體 50.2.1 殼層內不同位置的影響 50.2.2 不同殼層厚度(外徑)之核-殼散射體 51.2.3 不同內徑之核-殼散射體 52.2.4 不同距離之電偶極 52.2.5 不同的外在環境 53.2.6 任意振盪方向電偶極 53.2.7 任意位置之平均螢光增益 54.3核(二氧化矽)-殼(金屬)球散射體 55.3.1 任意振盪方向電偶極 55.3.2 任意位置之平均螢光增益與平均螢光增益 55五章 結論與未來展望 103.1 結論 103.2 未來展望 104錄A 平面波於實心球散射體之散射 105錄B 平面波於核-殼球散射體之散射 108錄C 電偶極於實心球散射體外之散射 115錄D 電偶極於核-殼球散射體外之散射 119錄E 電偶極於核-殼球散射體殼層內之散射 125錄F 電磁場比對 131.1.1 實心散射體與徑向電偶極於核-殼散射體內之邊界電磁場比對 131.1.2 實心散射體與切向電偶極於核-殼散射體內之邊界電磁場比對 131.1.3 量子效應與螢光增益比對 131考文獻 139application/pdf4657918 bytesapplication/pdfen-USMie理論並矢格林函數激發效率量子效率螢光增益Mie theory, dyadic Green’s functionquantum yieldexcitation rateenhancement factorthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/183567/1/ntu-98-R96543050-1.pdf