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摘 要

目前，随着越来越多的研究人员投身于量子点领域的研究，量子点的研究，制备与应用机制也日趋完善。将量子点独特的荧光性质应用于光学领域更是当今的一个研究热点。本论文将在微观结构上，利用金属增强荧光的机理，计算金属颗粒表面态密度，研究金属增强荧光的机理，探讨展望对量子点激光器的增益优化的可能性猜想。本论文的主要内容有：

1.简要介绍量子点的概念，讲述量子点的特殊性质，制备方法和应用领域，继而介绍量子点在激光器的应用以及发展历程，提出进一步增强量子点激光器增益的可能性这一问题，提出在微观领域研究，即研究金属颗粒对电偶极子辐射场的影响。最后介绍本文的研究内容及意义。

2. 详细解释金属增强胶体量子点表面态发光的机理，具体为：简要介绍镜像法的机理；利用镜像法得到电偶极子在金属小球附近所得镜像电偶极子；利用电偶极子的电磁场分布，计算求得电偶极子在金属小球影响下的空间电磁场分布；利用电磁场的经典理论建立电偶极子的振荡模型及辐射模式，计算金属小球影响下的电偶极子的辐射场，研究影响电偶极子辐射的因素，计算电偶极子的发光强度和寿命。将理论计算的荧光增强因子与实验数据相比较。

3.总结全文，并展望未来工作。根据理论和实验对照结果，分析提出增强金属荧光的可行性方法，展望提高量子点激光器的发光增益的猜想。最后对不足之处提出改进建议。

关键词：量子点，荧光增强，电偶极子，镜像法

Metal Particles On the electromagnetic radiation of electric dipole field regulation

Abstract

Nowadays, as more and more researchers involved in the research in the field of quantum dots, quantum dot research, preparation and application mechanism is perfect. The application of the fluorescence properties of quantum dots unique optics field is a research hotspot nowadays. This paper will be on the microstructure, the use of metal, the mechanism of enhanced fluorescence metal particles surface state density calculation, studies the mechanism of metal enhanced fluorescence, explore the outlook for the possibility of a quantum dot laser gain optimization. The main content of this thesis are as follows:

1. A brief introduction to the concept of quantum dots, the special properties of the quantum dots, the preparation methods and application fields, and then introduces the application of quantum dots in the laser and the development course, put forward to further strengthen the possibility of a quantum dot laser gain this problem, put forward in the field of micro research, the research of metal particles to the influence of the electric dipole radiation field. In the end, is introduced in this paper, the research content and significance.

2. Explain in detail the mechanism of metal enhanced colloidal quantum dot surface state, specific as follows: this paper briefly introduces the mechanism of mirror image method; Electric dipoles are obtained by mirror image method in the metal ball near the mirror electric dipole; Using the electromagnetic field distribution of electric dipole, calculation for electric dipole in metal balls under the influence of electromagnetic field space distribution; The classical theory of electromagnetic field is used to establish the electric dipole oscillation model and radiation pattern of calculation under the influence of the metal balls of electric dipole radiation field, studies the influencing factors of electric dipole radiation, calculation of luminous intensity of electric dipole and life. Fluorescence enhancement factor of theoretical calculation are compared with experimental data.

3. Summarize the full text, and looking forward to the future work. According to the results of theoretical and experimental comparison, analysis the feasibility of reinforced metal fluorescence method is put forward, looking forward to improve the quantum dot laser light gain. Finally, the shortcomings of Suggestions for improvement are put forward.

Key words: quantum dots, fluorescence enhancement, electric dipole, the mirror image method

目录

第一章 绪 论 7

1.1引言 7

1.2量子点概述 7

1.3量子点的特殊性质 8

1.4量子点的制备与应用 9

1.5量子点激光器的发展历程 9

1.6本文的研究目的和主要研究内容 11

第二章 基本原理介绍 12

2.1引言 12

2.1电偶极子简介 13

2.2镜像法简介 13

2.3点电荷镜面成像机理 13

2.3.1点电荷在无限大平面导体的镜面成像机理 13

2.3.2点电荷在金属小球附近的镜面成像机理 14

2.4电偶极子镜面成像机理 15

2.4.1电偶极子在无穷大平面导体的镜面成像机理 15

2.4.2电偶极子在金属小球附近的镜面成像机理 17

2.5本章小结 19

第三章量子点荧光增强 20

3.1引言 20

3.2标量和矢量位函数求解 20

3.3电偶极子辐射的经典电磁场分布 22

3.4电偶极子与金属小球附近辐射的电磁场分布 24

3.5电偶极子的经典发光强度与寿命 28

3.6电偶极子在金属小球附近的发光强度与寿命 30

总结与展望 33

致谢 34

参考文献 34

第一章 绪 论

1.1引言

量子点由于具有多种特殊的性质，如量子随着对量子表面效应，量子尺寸效应等使其作为一种新型的纳米粒子材料，展现出光吸收频谱宽，荧光发射稳定，抗干扰能力强等优点，可作为理想的激光器有源介质。随着量子点的研究不断深入，基于量子点的激光器领域的成果也越来越丰富，量子点激光器的发展也逐渐走向成熟。

1.2量子点概述

纳米，即，是长度计量单位的一种。上世纪90年代初期，由于科研人员在显微技术领域取得重大进步，人类对于自然事物的认识也由此进入纳米数量级，同时也带动纳米技术产业快速发展。如今，伴随着半导体外延技术的不断进步，越来越多的科研人员着力对纳米材料领域的研究探索，及对纳米材料的研究已成为当下纳米技术的发展热点。纳米材料是指基本单位的尺寸在100纳米以内的材料，量子点，量子线，量子阱，石墨烯等都属于纳米材料。

量子点是半导体纳米材料的一种，它的三个方向维度的尺寸都不超过100纳米。一般情况下，主要由II-VI族或III-V族元素组成量子点结构。量子点与其他纳米材料一样，具有空间尺寸效应，其内部的载流子能量只能固定独立的数值，所以量子点材料可表现出多种不同的性质，逐渐成为当今科研人员的研究热点。

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