【摘要】：表面等離激元已成為納米光子學(xué)領(lǐng)域中的重要組成部分,主要有表面等離激元和局域表面等離激元兩種電磁波傳輸模式,電磁波與金屬納米結(jié)構(gòu)在一定條件下能發(fā)生表面等離激元共振的效應(yīng)。在微納器件的加工工藝中,由于納米壓印技術(shù)具有成本低、分辨率高和可復(fù)制性好等優(yōu)點(diǎn),納米壓印技術(shù)正不斷應(yīng)用于實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中。先進(jìn)的納米工藝使制備具有表面等離激元振特性的金屬納米結(jié)構(gòu)成為可能,可應(yīng)用于光學(xué)信息存儲(chǔ)、生物化學(xué)傳感、光電檢測(cè)等領(lǐng)域。本文利用納米壓印技術(shù)制備周期性金納米孔洞陣列結(jié)構(gòu),利用有限元法進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算并分析周期性金納米孔洞陣列結(jié)構(gòu)的光學(xué)性質(zhì);利用有限元法和等離激元等效電路理論對(duì)周期性金屬-介質(zhì)-金屬亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究和拓展。主要工作內(nèi)容及結(jié)果如下:利用納米壓印技術(shù)對(duì)周期性金納米孔洞陣列結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究,經(jīng)過納米壓印、等離子刻蝕以及蒸鍍金屬等一系列實(shí)驗(yàn)步驟制備周期性金納米孔洞陣列結(jié)構(gòu),同時(shí)利用有限元法建立電磁模擬仿真模型,計(jì)算周期性金納米孔洞陣列結(jié)構(gòu)的光學(xué)性質(zhì)和電磁場(chǎng)分布。由于入射光與周期性金納米孔洞陣列結(jié)構(gòu)產(chǎn)生表面等離激元效應(yīng),電磁波被束縛在金納米孔洞邊緣,在金納米孔洞邊緣電磁場(chǎng)強(qiáng)度最強(qiáng)。通過改變周期性金納米孔洞陣列結(jié)構(gòu)周圍介質(zhì)環(huán)境的折射率,可得到周期性金納米孔洞陣列結(jié)構(gòu)的反射率靈敏度。利用基于有限元法的COMSOL Multiphysics軟件對(duì)周期性金屬-介質(zhì)-金屬亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行電磁模擬仿真,并利用等離激元等效電路理論,結(jié)合對(duì)電阻R、電感L和電容C的數(shù)值計(jì)算諧振波長(zhǎng),當(dāng)諧振波長(zhǎng)發(fā)生偏移時(shí),在保持介質(zhì)層寬度不變時(shí)計(jì)算出對(duì)應(yīng)的相同介質(zhì)的厚度,并與電磁模擬計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。對(duì)周期性金屬-介質(zhì)-金屬亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行拓展,在傳統(tǒng)濾波器的基礎(chǔ)上可以實(shí)現(xiàn)近紅外波段的超材料濾波器,并能構(gòu)建寬帶的完美吸收體。
【學(xué)位授予單位】：廈門大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN011;TB383.1;O441
【圖文】：

圖１－２金屬與介質(zhì)的表面等離激元波［１４］⑻電子和電磁場(chǎng)分布；（ｂ）電磁場(chǎng)指數(shù)衰減；（ｃ）色逡逑散曲線逡逑圖１－２為金屬和介質(zhì)之間的交界面處所產(chǎn)生的表面等離激元波及其電磁場(chǎng)和逡逑表面電荷特性。如圖ｌ－２（ａ）所示，在金屬和介質(zhì)的交界面處的金屬中的自由電子逡逑會(huì)發(fā)生移動(dòng)，電場(chǎng)在交界面處產(chǎn)生增強(qiáng)，磁場(chǎng)沿ｙ軸方向。圖ｌ－２（ｂ）中，垂直于逡逑交界面的場(chǎng)分量隨著與交界面的距離變化而變化，在交界面處電磁場(chǎng)被束縛，形逡逑成場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)。金屬層上面為介質(zhì)層，介質(zhì)一般為空氣或者玻璃，介質(zhì)中的電場(chǎng)逡逑衰減長(zhǎng)度知為入射光的半波長(zhǎng)量級(jí)，金屬中的電場(chǎng)衰減長(zhǎng)度由金屬本身的趨膚逡逑深度決定。假設(shè)上部介質(zhì)的介電常數(shù)為＆，下部區(qū)間金屬的介電常數(shù)為ｓｍ，，通逡逑過求解近似邊界條件下的Ｍａｘｗｅｌｌ方程，可以得到ＳＰＰｓ的色散關(guān)系為：逡逑Ｋｗ邋＝邋￣邐（１－２４）逡逑ｃ邋ｙｊ邋ｓｄ＋ｅｍ逡逑由公式（１－２４）可見

ＴｆｆｆｌＸ逡逑圖１－３金屬納米顆粒的局域表面等離激元共振［ｌ９］逡逑如圖１－３所示為金屬球的局域表面等離激元共振的示意圖，當(dāng)光入射至球形逡逑金屬納米顆粒時(shí)，金屬中的自由電子會(huì)形成集體振蕩，金屬納米粒子的局域等離逡逑激元共振，金屬納米顆粒表面附近的電場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)大大增強(qiáng)，電場(chǎng)在金屬納米顆粒逡逑表面上最大，隨著距離增加，電場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)迅速減小，在諧振頻率點(diǎn)處對(duì)電磁波的逡逑形成極大的束縛，從而導(dǎo)致電場(chǎng)增強(qiáng)。逡逑金屬納米顆粒有規(guī)律地排列聚集在一起時(shí)構(gòu)成金屬納米顆粒周期結(jié)構(gòu)，局域逡逑表面等離激元發(fā)生共振耦合現(xiàn)象，電磁波被耦合在金屬周期結(jié)構(gòu)中。局域表面等逡逑離激元共振頻率與金屬顆粒的大小、形狀和周圍介質(zhì)環(huán)境等因素相關(guān)［１５］，局域表逡逑面等離激元共振在光電檢測(cè)［１６］、光學(xué)傳感器［１７

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 蘭紅波;;2008納米壓印光刻國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議[J];國(guó)際學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài);2009年06期

2 廖瀟莎;;蘭紅波:潛心納米壓印[J];科學(xué)中國(guó)人;2014年13期

3 邢飛;廖進(jìn)昆;楊曉軍;唐雄貴;段毅;;納米壓印技術(shù)的研究進(jìn)展[J];激光雜志;2013年03期

4 魏玉平;丁玉成;李長(zhǎng)河;;納米壓印光刻技術(shù)綜述[J];制造技術(shù)與機(jī)床;2012年08期

5 丁玉成;;納米壓印光刻工藝的研究進(jìn)展和技術(shù)挑戰(zhàn)[J];青島理工大學(xué)學(xué)報(bào);2010年01期

6 嚴(yán)樂;李寒松;劉紅忠;盧秉恒;;納米壓印光刻中抗蝕劑膜厚控制研究[J];機(jī)械設(shè)計(jì)與制造;2010年04期

7 屈新萍;;新型納米壓印光刻技術(shù)的研究和應(yīng)用[J];世界科學(xué);2009年06期

8 Aaron Hand;;納米壓印模板需要高質(zhì)量的檢測(cè)技術(shù)[J];集成電路應(yīng)用;2006年Z1期

9 胡克想;王陽(yáng)培華;王慶康;;基于紫外納米壓印光刻的氟化混合物模板制備[J];飛控與探測(cè);2019年02期

10 李陽(yáng);徐維;王憶;;紫外納米壓印OLED襯底微結(jié)構(gòu)的制備技術(shù)[J];微納電子技術(shù);2013年07期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 趙小力;董申;;納米壓印技術(shù)及其應(yīng)用[A];全球化、信息化、綠色化提升中國(guó)制造業(yè)——2003年中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集（微納制造技術(shù)應(yīng)用專題）[C];2003年

2 范細(xì)秋;張鴻海;胡曉峰;賈可;劉勝;;寬范圍高對(duì)準(zhǔn)精度納米壓印樣機(jī)的研制[A];中國(guó)微米、納米技術(shù)第七屆學(xué)術(shù)會(huì)年會(huì)論文集（一）[C];2005年

3 祁元春;王鑫;;低收縮高抗黏含氟紫外納米壓印光刻膠的制備[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第30屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集-第十分會(huì)：高分子[C];2016年

4 石剛;呂男;;納米壓印技術(shù)在導(dǎo)電聚合物中的應(yīng)用[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第28屆學(xué)術(shù)年會(huì)第4分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2012年

5 柴菁;王書杰;杜祖亮;;納米壓印技術(shù)構(gòu)筑圖案化量子點(diǎn)層[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第29屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集——第32分會(huì)：納米表征與檢測(cè)技術(shù)[C];2014年

6 石剛;呂男;;基于納米壓印技術(shù)構(gòu)筑導(dǎo)電聚合物納米線[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第28屆學(xué)術(shù)年會(huì)第15分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2012年

7 林宏;萬(wàn)霞;姜學(xué)松;王慶康;印杰;;基于硫醇點(diǎn)擊化學(xué)的新型紫外納米壓印膠[A];2011年全國(guó)高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)論文摘要集[C];2011年

8 劉夢(mèng)瑩;Ian McCue;Michael J.Demkowicz;;整合納米壓印及數(shù)字圖像相關(guān)法量化平面形變（英文）[A];2018年全國(guó)固體力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議摘要集（上）[C];2018年

9 胡昕;周弟;左曉兵;張建耀;鄔立灝;;高強(qiáng)度透明三元乙丙橡膠及其在納米壓印軟模板中的應(yīng)用[A];2015年全國(guó)高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)論文摘要集——主題J 高性能高分子[C];2015年

10 王懷喜;謝惠民;戴相錄;吳立夫;方鵬;;一種高溫柵的制作工藝[A];中國(guó)力學(xué)大會(huì)——2013論文摘要集[C];2013年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 盧慶儒;納米壓印技術(shù)趨近實(shí)用化[N];電子資訊時(shí)報(bào);2007年

2 文月;三星用納米壓印技術(shù)制造閃存[N];電子資訊時(shí)報(bào);2008年

3 陳超;日開發(fā)低成本納米壓印刻蝕裝置[N];科技日?qǐng)?bào);2002年

4 第一創(chuàng)業(yè)證券 任文杰;立足自主創(chuàng)新 加快新產(chǎn)業(yè)培育[N];中國(guó)證券報(bào);2012年

5 國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利復(fù)審委員會(huì) 熊潔 楊倩;專利創(chuàng)造性評(píng)判中對(duì)區(qū)別技術(shù)特征的客觀認(rèn)定[N];中國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)報(bào);2015年

6 通訊員 矯超 本報(bào)記者 王建高;他們?nèi)绾伟l(fā)明世界級(jí)精密零件“印刷術(shù)”？[N];科技日?qǐng)?bào);2016年

7 本報(bào)記者 劉成 通訊員 矯超;“印刷術(shù)”促精密零件批量造[N];經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào);2016年

8 本報(bào)記者 呂揚(yáng) 通訊員 郝亞楠;中國(guó)最需要原始創(chuàng)新[N];陜西日?qǐng)?bào);2016年

9 青島日?qǐng)?bào)、青島觀、青報(bào)網(wǎng)記者 周偉 通訊員 李政;城陽(yáng)：惠企優(yōu)企育“新苗”[N];青島日?qǐng)?bào);2016年

10 尹暉;市領(lǐng)導(dǎo)會(huì)見美國(guó)國(guó)家工程院院士[N];無(wú)錫日?qǐng)?bào);2009年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 范細(xì)秋;納米壓印及MEMS仿生功能表面制備的研究[D];華中科技大學(xué);2006年

2 張滿;基于納米壓印技術(shù)的微納結(jié)構(gòu)制備與應(yīng)用研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院(光電技術(shù)研究所);2016年

3 高立國(guó);納米壓印在制備雙色發(fā)光圖案及負(fù)折射系數(shù)材料中的應(yīng)用[D];吉林大學(xué);2011年

4 黃春玉;基于納米壓印技術(shù)構(gòu)筑導(dǎo)電高分子圖案[D];吉林大學(xué);2010年

5 林宏;新型紫外納米壓印光刻膠的研究[D];上海交通大學(xué);2012年

6 曲麗;納米壓印用聚苯并VA嗪類抗粘材料的制備及其表面性能研究[D];華東理工大學(xué);2011年

7 洪曉東;嵌段共聚物薄膜二維自組裝及在納米壓印中的應(yīng)用[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

8 陳鑫;納米壓印工藝及其在光電子芯片中的應(yīng)用研究[D];華中科技大學(xué);2015年

9 沈臻魁;納米壓印技術(shù)在鐵電薄膜材料上的應(yīng)用[D];復(fù)旦大學(xué);2013年

10 孫堂友;基于納米壓印技術(shù)表面二維納米增透結(jié)構(gòu)的研究[D];華中科技大學(xué);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 張麗蓉;基于納米壓印和等離激元等效電路理論的亞波長(zhǎng)光學(xué)結(jié)構(gòu)研究[D];廈門大學(xué);2018年

2 竇曉宇;利用納米壓印技術(shù)構(gòu)筑高效的QLED器件及其出光性能研究[D];河南大學(xué);2018年

3 彭偉;基于納米壓印技術(shù)的銀互連線導(dǎo)電特性增強(qiáng)研究[D];鄭州大學(xué);2018年

4 郭良樂;面向大尺寸非平整襯底圖形化的復(fù)合納米壓印研究[D];青島理工大學(xué);2018年

5 傅欣欣;納米壓印工藝及模板制備的研究[D];南京大學(xué);2014年

6 賀德建;納米壓印光刻技術(shù)原理與實(shí)驗(yàn)研究[D];華中科技大學(xué);2004年

7 章國(guó)明;納米壓印技術(shù)以及仿生結(jié)構(gòu)的制備[D];首都師范大學(xué);2006年

8 畢洪峰;整片晶圓納米壓印關(guān)鍵技術(shù)的研究[D];青島理工大學(xué);2015年

9 湯啟升;卷對(duì)卷納米壓印實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的研制及其關(guān)鍵技術(shù)研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2012年

10 朱兆穎;紫外納米壓印關(guān)鍵技術(shù)—圖形轉(zhuǎn)移層與模壓曝光工藝研究[D];同濟(jì)大學(xué);2007年

本文編號(hào)：2718971