几十年来,低损耗等离激元材料由于在光电器件、光检测和亚衍射成像等领域具有重要的应用价值,引起了广泛关注。其中钠具有较低的金属损耗,长期以来一直被认为是优良的等离激元材料。但是,由于其高化学反应活性,很少被人们研究。我们通过简单的旋涂工艺制备出基于钠的等离激元结构,实现了低的光学损耗。同时我们采用独特的三维二氧化钛(TiO2)/金(Au)多孔结构研究了基于罗丹明B(RhB)的光催化降解,通过实验解释了不同波段入射光对等离激元光催化的作用。本文的主要研究内容如下:1.通过将超光滑的石英衬底旋涂、退火和自清洁处理的步骤,制备得到的钠膜(与石英沉底接触)表现出极低的光学损耗,并且相对于标准银镜,反射率>100%,这与理论分析和数值模拟表现出良好的一致性。作为直接的证明,我们测量了基于钠的纳米结构的表面等离激元传播长度,在1180 nm波长激发下,传播长度超过100 μm。优异的等离激元性能与高度可扩展的制造工艺相结合,使得金属钠成为有前途的候选材料,可作为超越传统贵金属的低损耗等离激元材料。2.选用具有低光学损耗的非贵金属钠作为反射式等离激元滤波器。通过合理设计结构参数以及精细控制离子束的物理刻蚀,实现了周期性的钠纳米结构,最低测量反射率约15%以及半高宽约20 nm,与贵金属结构相当。全波段数值模拟表明,有利于窄带结构色过滤的尖锐光学模式可归因于杂化腔表面等离激元模式。为了展示完整的结构色图谱,我们通过梯度调控周期和孔直径,在实验中实现了一系列钠纳米盘。测量的角分辨反射光谱展示出滤波器不仅是窄带而且在可见光范围内也是角度不敏感的。我们的钠基反射等离激元颜色滤光片可为成像、显示和传感应用提供一个可供选择的途径。3.采用三维TiO2-Au多孔结构探究了罗丹明B(RhB)的光催化降解的机理。从紫外到近红外的高效测量吸收率展示了宽谱吸收能力和光催化能力,其中直接带隙跃迁、等离激元敏化作用以及等离激元光热效应都有利于光催化反应。通过对光的不同波段进行过滤,实验表明,等离激元增强和等离激元光热效应可以促进光催化降解RhB的速率提升30%以上。我们的结果有助于提高对波长选择的等离激元增强光催化过程的理解。