本文關(guān)鍵詞：光柵結(jié)構(gòu)4H-SiC表面聲子激元的激發(fā)及調(diào)諧，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：表面等離激元(SPP)是納米光子學(xué)的重要研究方向,它被廣泛應(yīng)用于增強(qiáng)傳感、光輻射、光電探測、表面增強(qiáng)光譜學(xué)等領(lǐng)域。但是,在貴金屬(如金、銀、銅等)表面激發(fā)出的SPP及其應(yīng)用主要集中在電磁波譜的可見與近紅外波段;而在更低的頻段(即中遠(yuǎn)紅外波段),金屬等離激元具有較高的光學(xué)固有損耗,這限制了SPP的進(jìn)一步發(fā)展應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn)極化晶體(例如Si C)在中紅外或遠(yuǎn)紅外波段內(nèi)存在一高反射率區(qū)域(例如Si C在Reststrahlen帶內(nèi),即波數(shù)793 cm-1至969 cm-1這一波段范圍,反射率接近100%)。在該光譜區(qū)域內(nèi),極化晶體具有負(fù)的介電常數(shù)且支持表面聲子激元(SPh P)模式。SPh P模式來源于長壽的光學(xué)聲子,因此它繼承了聲子的某些特性,如具有很高的Q因數(shù),較低的光學(xué)固有損耗等特征。基于這些獨(dú)特的優(yōu)勢,在中紅外波段可以利用SPh P代替SPP,實(shí)現(xiàn)低頻段的廣泛光電應(yīng)用。一般來講,通過對極性晶體碳化硅(Si C)表面進(jìn)行微納圖案化,可以在Si C/空氣的交界面激發(fā)出強(qiáng)烈的SPh P共振。本文為了避免對Si C的晶格造成破壞,利用四種新型Si C/Au人工周期性微結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了中紅外波段表面聲子激元(SPh P)模式的光激發(fā)。基于SPh P激發(fā),我們系統(tǒng)地研究了聲子激元共振光譜的調(diào)制。具體研究工作如下:1)聲子激元微結(jié)構(gòu)的制備工藝。我們利用深紫外光刻、磁控濺射技術(shù)與lift-off工藝相結(jié)合,在Si C襯底上生長的金膜上制備出四種周期性微結(jié)構(gòu)(即,一維光柵結(jié)構(gòu)、周期性方形微腔陣列、相鄰間距較大的周期性圓孔微腔陣列以及相鄰間距較小的周期性圓孔微腔陣列),在中紅外頻段實(shí)現(xiàn)了SPh P模式(這里包括局域的SPh P模式與耦合的SPh P模式)的激發(fā),激發(fā)出的SPh P模式展現(xiàn)出較高的Q因數(shù)。2)聲子激元共振特性的被動調(diào)節(jié)。我們發(fā)現(xiàn)SPh P模式的共振峰位會隨著結(jié)構(gòu)占空比的變化而漂移,SPh P模式的Q因數(shù)(即共振模式的壽命)會隨著金膜厚度的增加而增大。這為高效率光-聲器件的設(shè)計(jì)及制備提供了有益的借鑒。3)聲子激元共振特性的主動調(diào)節(jié)。類似于石墨烯復(fù)合等離激元材料的動態(tài)可調(diào),我們將石墨烯與聲子激元材料(包括Si C基一維光柵結(jié)構(gòu)和二維光柵結(jié)構(gòu))復(fù)合,利用石墨烯靈敏的光學(xué)響應(yīng)以及可調(diào)的電學(xué)性能,通過化學(xué)摻雜石墨烯的方式實(shí)現(xiàn)了中紅外波段SPh P共振的動態(tài)藍(lán)移調(diào)制。4)最后,基于SPh P模式的高強(qiáng)度近場,我們進(jìn)一步探索了聲子激元材料作為介質(zhì)光學(xué)傳感元件在中紅外頻段實(shí)現(xiàn)超靈敏折射率傳感的可能。實(shí)驗(yàn)證實(shí),相比SPP,聲子激元材料的光學(xué)響應(yīng)更靈敏,可以用來探測原子層薄膜的吸附。此外,我們發(fā)現(xiàn)Si C基二維光柵結(jié)構(gòu)(包括周期性圓孔微腔陣列和周期性方形微腔陣列)比Si C基一維光柵結(jié)構(gòu)更適合實(shí)現(xiàn)超靈敏折射率傳感。
【關(guān)鍵詞】：表面聲子激元 中紅外波段 碳化硅 石墨烯 光譜調(diào)諧
【學(xué)位授予單位】：上海師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB34
【目錄】：

• 摘要2-4
• Abstract4-8
• 第一章 緒論8-25
• 1.1 引言8
• 1.2 極化晶體表面聲子激元的基本性質(zhì)8-9
• 1.3 極化晶體碳化硅簡介9-11
• 1.4 石墨烯簡介11-12
• 1.5 石墨烯化學(xué)摻雜的研究進(jìn)展12-22
• 1.5.1 化學(xué)摻雜的機(jī)理和表征12-15
• 1.5.2 表面遷移摻雜的研究進(jìn)展15-19
• 1.5.3 替位摻雜的研究進(jìn)展19-22
• 1.6 石墨烯復(fù)合等離激元材料的研究22-23
• 1.7 本論文的提出和研究內(nèi)容23-25
• 1.7.1 問題的提出23-24
• 1.7.2 研究內(nèi)容24-25
• 第二章 實(shí)驗(yàn)方法與內(nèi)容25-40
• 2.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容25
• 2.2 聲子激元材料的制備25-37
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與實(shí)驗(yàn)材料25-27
• 2.2.2 襯底的選擇和處理27-30
• 2.2.3 制備工藝流程30-37
• 2.3 結(jié)構(gòu)及性能表征37-40
• 2.3.1 相結(jié)構(gòu)表征37-38
• 2.3.2 表面形貌測試38-39
• 2.3.3 紅外光學(xué)性能測試與表征39
• 2.3.4 拉曼光學(xué)性能測試與表征39-40
• 第三章 聲子激元材料的結(jié)構(gòu)與性能研究40-56
• 3.1 引言40
• 3.2 聲子激元材料的結(jié)構(gòu)分析40-42
• 3.3 聲子激元材料的光譜分析42-47
• 3.3.1 聲子激元材料的拉曼光譜分析42-43
• 3.3.2 聲子激元材料的紅外光譜分析43-47
• 3.4 材料不同的結(jié)構(gòu)尺寸對光譜的影響47-50
• 3.4.1 一維光柵結(jié)構(gòu)尺寸的變化對光譜的影響47-49
• 3.4.2 二維光柵結(jié)構(gòu)尺寸的變化對光譜的影響49-50
• 3.5 聲子激元材料在中紅外折射率傳感方面的研究50-54
• 3.6 本章小結(jié)54-56
• 第四章 聲子激元材料-石墨烯復(fù)合體系的研究56-65
• 4.1 引言56
• 4.2 石墨烯-聲子激元材料復(fù)合體系光譜調(diào)諧的理論基礎(chǔ)56-57
• 4.3 石墨烯-一維光柵復(fù)合體系的研究57-60
• 4.4 石墨烯-二維光柵復(fù)合體系的研究60-62
• 4.5 一維光柵-石墨烯復(fù)合體系的研究62-64
• 4.5.1 一維光柵-石墨烯混合結(jié)構(gòu)的制備62-63
• 4.5.2 一維光柵-石墨烯混合結(jié)構(gòu)的光譜調(diào)諧63-64
• 4.6 本章小結(jié)64-65
• 第五章 結(jié)論與展望65-67
• 5.1 結(jié)論65-66
• 5.2 展望66-67
• 參考文獻(xiàn)67-72
• 攻讀碩士期間的研究成果72-73
• 致謝73-74

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