【摘要】：隨著表面等離子體光子學(xué)和納米技術(shù)的發(fā)展,光與金屬微納結(jié)構(gòu)之間的相互作用而產(chǎn)生的表面等離子體共振特性已成為一個(gè)研究熱點(diǎn),其在生物醫(yī)療、材料科學(xué)與光電傳感器件等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。而經(jīng)過金屬光柵結(jié)構(gòu)調(diào)制的表面等離子體共振效應(yīng),常常被人們利用來研究光與金屬周期性結(jié)構(gòu)之間的相互作用。論文基于前人的研究成果,結(jié)合成熟的硅加工及金屬剝離工藝,優(yōu)化設(shè)計(jì)了一種具備Fano共振的金屬V型光柵等離子共振結(jié)構(gòu)。論文基于有限元分析法,利用COMSOL Multiphysics仿真軟件對這種V型光柵共振結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模,通過優(yōu)化不同結(jié)構(gòu)參數(shù)(如硅基底厚度、膜厚、光柵占空比與周期等)來改善結(jié)構(gòu)的場增強(qiáng)性能,文章對比了單元結(jié)構(gòu)和光柵結(jié)構(gòu)的場增強(qiáng)因子,結(jié)果表明當(dāng)光柵激發(fā)的表面等離子共振模式和單元結(jié)構(gòu)的局域場共振模式在光譜上靠近或重疊時(shí)會(huì)形成Fano共振,可進(jìn)一步加強(qiáng)尖端的場增強(qiáng)。此外,還研究了這種可變尖端間距的光柵結(jié)構(gòu)對共振波長及場增強(qiáng)因子的調(diào)節(jié)作用。在現(xiàn)有的電子束曝光和濕法腐蝕精度條件下,金屬V型槽狹縫間距可控制到10nm的精度,此時(shí)場增強(qiáng)因子可達(dá)1000以上,且狹縫間距越小,場增強(qiáng)因子越大。在數(shù)值模擬的基礎(chǔ)之上,論文采用SOI硅片,先后經(jīng)過化學(xué)氣相沉積法、電子束曝光、硅的濕法腐蝕、電子束熱蒸鍍,制備了金屬V型光柵等離子共振結(jié)構(gòu)。硅模板的制備使用成熟的各向異性濕法腐蝕工藝,保證重復(fù)性和可靠性的基礎(chǔ)上,制備了納米級(jí)狹縫間距的結(jié)構(gòu)。后再經(jīng)過電子束熱蒸鍍工藝,得到一層致密平滑的銀膜。經(jīng)過旋涂彈性膠和模板剝離工藝,即可制備銀膜光柵結(jié)構(gòu)。這種金屬V型光柵結(jié)構(gòu)將場增強(qiáng)范圍由傳統(tǒng)金屬單元結(jié)構(gòu)的點(diǎn)增強(qiáng)延展到線增強(qiáng),在實(shí)現(xiàn)了尖端附近高局域場增強(qiáng)的同時(shí)也極大的增加了場增強(qiáng)的覆蓋范圍。此外,通過彎曲透明彈性基底,可對尖端結(jié)構(gòu)間距調(diào)諧,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對共振波長及場增強(qiáng)因子的有效調(diào)節(jié),可以預(yù)見其在高靈敏度多組分同時(shí)分析檢測領(lǐng)域極大的應(yīng)用前景。
【圖文】：

東南大學(xué)碩士學(xué)位論文2.1 傳播表面等離子激元如圖 1-1 所示，圖中分別展示了由納米球和納米線支持的局域表面等離子激元和傳表面等離子激元。傳播表面等離子激元可理解為沿著金屬表面?zhèn)鞑サ碾姶挪�。通過金表面結(jié)構(gòu)的改變，可以改變光波與表面等離子激元的相互作用。傳播表面等離激元被于此類型光子器件的研究，，并且因此出現(xiàn)了微型光子電路，這種電路比現(xiàn)有電路尺寸很多。這為發(fā)展新型光子器件、磁光存儲(chǔ)技術(shù)、生物傳感器、微型光子回路等提供了能[8][9]。

圖 1-1 兩種類型表面等離子激元共振納米結(jié)構(gòu)示意圖：（a）納米球型結(jié)構(gòu)支持局域表面等離子激元共振模型；（b）納米線結(jié)構(gòu)支持的傳播表面等離子激元模型傳播表面等離子激元在很多方面有其獨(dú)特吸引力，人們可以通過使用亞波長結(jié)構(gòu)集和傳導(dǎo)光。傳播表面等離子激元這方面的特性可以用來制作比目前一般的尺度小很的微型光子電路。人們可以利用這樣的電路將光轉(zhuǎn)換為傳播表面等離子激元，經(jīng)過傳和處理之后，再轉(zhuǎn)換成光。利用表面等離子激元傳播信息，需要組裝一個(gè)完整的電電路中需要有，如波導(dǎo)，開關(guān)，連接器等等很多的零件。圖 1-2 顯示了一種用離子束蝕的包含環(huán)形振子的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)[10]。將傳播表面等離子激元應(yīng)用于微型光子電路如今已成為一個(gè)非常熱門的研究課題。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O53;TG14

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本文編號(hào)：2632934