This thesis presents studies on wavelength- and angle-dependent scattering of a single optical nanostructure. First, using the finite-difference time-domain (FDTD) method, the near- and far-field characteristics of a single Au nanodisk coupled with a single dipole emitter were investigated. The Au nanodisk supports the dipole and quadrupole modes in the visible wavelength range. The power flow from the emitter-coupled Au nanodisk was systematically explored concerning the Poynting vectors of the total- and scattered-fields and the emitter output field. Second, the angle-resolved far-field scattering spectroscopy was introduced. Using this setup, angle- and wavelength-dependent far-field scattering/extinction distribution of a single Ag nanowire was measured. It is experimentally and theoretically revealed that the Fabry-Pérot resonance of excited surface plasmon on the nanowire as well as the phase matching condition between the surface plasmon and the free-propagating radiation determines the far-field scattering and extinction distribution of the plasmonic Ag nanowire. The angle-and wavelength-dependent far-field scattering distribution enables to extract the intrinsic dispersion relation of the surface plasmon without any perturbation. Third, the multipolar characteristics on scattering distribution of a high-refractive index dielectric nanostructure supporting electric and magnetic multipole moments were investigated. The contribution of the individual multipole moments to the far-field scattering of a Si nanowire and Si truncated cone was experimentally measured and theoretically understood.
이 논문에서는 단일 나노구조의 각도와 파장에 따른 원거리장 산란을 연구하는 방법에 대해 다루었다. 처음으로는, 단일 금 나노디스크 구조와 하나의 전기 쌍극자 광원이 결합되어 있는 시스템의 근접장과 원거리장에 대해 유한 차분 시간 영역법(FDTD)을 통해 조사하였다. 이 금 나노디스크는 가시광선 영역에서 쌍극자 모드와 사중극 모드를 여기 한다. 포인팅 벡터를 전체 필드와 산란 필드, 광원 방출 필드로 구분하여 이 시스템의 총 에너지 흐름에 대해 체계적으로 분석하고 이해하였다. 두번째로, 실험적으로 각도와 파장이 분해된 원거리장 산란 분포를 얻기 위한 측정 셋업에 대해 기술하였다. 이 새롭게 개발된 셋업을 통해, 은 나노선의 각도와 파장에 따른 산란 및 소멸 분포를 측정하였다. 은 나노선의 산란 및 소멸 분포는 입사 빛에 의해 여기 된 표면 플라즈몬의 파브리-페로 공명 특성과 표면 플라즈몬과 공기 중 전파되는 빛 간의 위상 정합 조건으로 결정되는 것을 실험과 이론으로 확인하였다. 각도와 파장에 따른 산란 분포를 통해 어떠한 섭동도 없는 원래 모습 그대로의 표면 플라즈몬의 분산 관계를 실험적으로 얻어낼 수 있었다. 세번째로, 굴절률이 높은 유전체 구조에서의 여기 되는 다중 극 모멘트들의 산란 특성을 연구하였다. 실리콘 나노선과 나노 원뿔대 구조들의 원거리장 산란을 실험적으로 직접 측정하고, 해석적 모델과 이론을 통해 다중 극 모멘트들 각각의 산란 특성을 이해하였다.
