表面等離激元是金屬和介質的界面處自由電子在外電場作用下產生的集體振蕩。由于表面等離激元具有突破衍射極限傳播和局域場增強等獨特性質,表面等離激元光子學在眾多研究領域的應用受到了極大關注。微納結構加工技術的高速發(fā)展讓高精度、高可控性的納米器件加工成為可能,使我們可以通過微納加工方法實現(xiàn)具有高可調控性和高產率的表面等離激元器件。本論文主要研究表面等離激元器件的微納加工,介紹了金納米線及其網絡結構、二維周期性金納米孔結構、雙層金光柵結構的微納加工方法和工藝探索過程。進一步我們對其中兩類器件的表面等離激元特性和應用進行了深入的研究:(1)我們通過電子束曝光結合熱蒸發(fā)真空鍍膜的方法制備了石英襯底上的金納米線波導及網絡結構。通過采用原子層沉積的氧化鋁作為金納米線的固定層和保護層,降低了這種金納米線作為表面等離激元波導的傳播損耗。我們研究了這種金納米線波導在不同介質環(huán)境下所支持的表面等離激元模式。我們設計制作了Y型金納米線網絡結構,通過改變納米線的長度及入射光的偏振,在這種結構上實現(xiàn)了表面等離激元的定向傳播,從而實現(xiàn)了納米光路由器的功能。另外,Y型金納米線網絡上激發(fā)的兩束表面等離激元可以產生受相位調制... 

【文章來源】：中國科學院大學(中國科學院物理研究所)北京市

【文章頁數(shù)】：95 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

考慮帶間躍遷后金的自由電子氣模型給出的復介電常數(shù)()實部（a）和虛部（b）

為真空中的波矢。對于磁場強度H有類似形式的方程。如圖1.2所示，根據無限大界面的性質假設界面兩側分別的 分別為 1( )和 2( )，并且電磁場沿 x 方向傳播，即 ( , , ) = ( ) ，其中 = 為傳播方向上的波矢，我們可以得到在界面上傳播的兩種電磁波模式：橫電波（TE）和橫磁波（TM）。對于 TE 模式，電場沿著 y 方向，也即只有 Hx

金屬和介質的界面處，當金屬部分的 2( ) 0時，這樣的關系可以得我們將此關系代入到亥姆霍茲方程中可得： ,12 02 1 2= 0 ,22 02 2 2= 0（1.1便可以得到傳播方向上的波矢： = 0√ 1 2 1 2（1.1我們得到了 TM 模式波矢隨頻率的變化，也就是色散關系。貴金屬在可如果有 2 1，則 為實數(shù)，表現(xiàn)為沿 x 方向在界面上傳播的表面等另外我們可以得到 ,1和 ,2均為虛數(shù)，也就是說在 z 方向表面等離激元料中均呈指數(shù)衰減，意味著表面等離激元具有很強的束縛性。圖 1.3 給與空氣界面和金屬與二氧化硅界面處的表面等離激元色散關系。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Thermal detection of surface plasmons on gold nanohole arrays[J]. ZHANG Wei 1 ,LI ZhiPeng 2 ,GUAN ZhiQiang 1 ,SHEN Hao 1 ,YU WenBo 3 ,He WeiDong 3 , YAN XiaoPeng 3 ,LI Ping 3 &XU HongXing 1,4* 1 Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics,Institute of Physics,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100190,China; 2 Beijing Key Laboratory of Nano-Photonics and Nano-Structure(NPNS),Department of Physics,Capital Normal University,Beijing 100048, China; 3 Information Awareness and Confrontation,Beijing Institute of Technology,Beijing 100081,China; 4 Division of Solid State Physics,Lund University,Lund 22100,Sweden.  Chinese Science Bulletin. 2012(01)



本文編號：2897961