【摘要】：光學(xué)表面波是一種應(yīng)用非常廣泛的電磁波,通常被應(yīng)用于集成光路、古斯·漢森位移增強(qiáng)、二次諧波、高靈敏度傳感器、熒光增強(qiáng)等領(lǐng)域。前人已經(jīng)通過制備一維浮雕型金屬光柵來激發(fā)光子晶體表面波,但是這種結(jié)構(gòu)存在兩大缺點(diǎn),是金屬對(duì)入射光的吸收較大導(dǎo)致?lián)p耗多,二是浮雕型結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)單一光學(xué)性能受限。為了克服這兩大缺點(diǎn),我們?cè)诖嘶A(chǔ)上設(shè)計(jì)了填充型介電光柵。本文基于嚴(yán)格耦合波理論模型,研究了介電超晶格填充型復(fù)合介電納米周期光柵結(jié)構(gòu)的表面波光學(xué)特性及其制備方法,通過優(yōu)化的光柵材料與結(jié)構(gòu)來激發(fā)介電超晶格結(jié)構(gòu)的表面波,并借助該復(fù)合結(jié)構(gòu)的相應(yīng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的調(diào)整與優(yōu)化,以達(dá)到改善表面波性能及其對(duì)應(yīng)的光子晶體禁帶中透射光譜性能的目標(biāo)。研究工作主要分為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)/軟件模擬和樣品的實(shí)驗(yàn)制備與表征測(cè)試等部分,主要研究成果如下：理論與實(shí)驗(yàn)兩方面研究了介電超晶格(光子晶體)中非輻射性光學(xué)表面波的產(chǎn)生及其特性,并創(chuàng)新性地探討了填充型介電納米光柵結(jié)構(gòu)對(duì)該表面波的激發(fā)與耦合機(jī)制：依據(jù)導(dǎo)模共振的嚴(yán)格耦合波理論模型與分析方法,以輻射型光學(xué)表面波的具體應(yīng)用為目的,設(shè)計(jì)并優(yōu)化了具有重大應(yīng)用價(jià)值的介電超晶格／填充型介電納米周期光柵復(fù)合結(jié)構(gòu)；借助相關(guān)模擬軟件,從介電超晶格結(jié)構(gòu)帶隙中所出現(xiàn)的異常透射峰及其光譜特性與相應(yīng)場(chǎng)分布,探討了該復(fù)合結(jié)構(gòu)中材料與多種結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)表面波的特性及其激發(fā)耦合的影響關(guān)系,發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)中的材料(包括超晶格與填充型光柵)與超晶格周期數(shù)、介電光柵的周期、光柵高度、光柵占空比等結(jié)構(gòu)參數(shù),對(duì)超窄透射峰的光譜有重要影響；通過大量的有針對(duì)性的材料與結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化工作,獲得了具有重大應(yīng)用價(jià)值的可激發(fā)與耦合優(yōu)異性能光學(xué)表面波的介電超晶格／納米填充光柵復(fù)合結(jié)構(gòu)；通過新穎和可靠的實(shí)驗(yàn)流程,即基于復(fù)合模板納米壓印技術(shù)與工藝,并結(jié)合電子束蒸發(fā)鍍膜、高密度等離子體反應(yīng)離子刻蝕、舉離等工藝與實(shí)驗(yàn)手段,成功設(shè)計(jì)并制備了符合要求的介電超晶格／納米填充光柵復(fù)合結(jié)構(gòu)；經(jīng)過對(duì)實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行表征測(cè)試,獲得了較理想的結(jié)構(gòu)與相關(guān)性能指標(biāo)。
[Abstract]:Optical surface wave is a widely used electromagnetic wave, which is usually used in the fields of integrated optical path, Gus Hansen displacement enhancement, second harmonic, high sensitivity sensor, fluorescence enhancement and so on. Previous researchers have produced one-dimensional relief metal gratings to excite the surface waves of photonic crystals. However, there are two major disadvantages in this structure, that is, the large absorption of incident light by metals leads to more loss. Second, the design of relief structure is limited by single optical performance. In order to overcome these two shortcomings, we design a filled dielectric grating. Based on the strictly coupled wave theory model, the surface wave optical properties and fabrication methods of dielectric superlattice filled composite dielectric nanocrystalline grating structures are studied in this paper. The surface wave of the dielectric superlattice structure is excited by the optimized grating material and structure, and the corresponding structural parameters of the composite structure are adjusted and optimized. In order to improve the surface wave performance and the corresponding photonic crystal band gap in the transmission spectrum performance. The research work is mainly divided into structural design / software simulation and sample preparation and characterization testing. The main results are as follows: the generation and properties of non-radiative optical surface waves in dielectric superlattices (photonic crystals) are studied theoretically and experimentally. The excitation and coupling mechanism of filled dielectric nanocrystalline grating on the surface wave is discussed innovatively. According to the theoretical model and analytical method of strictly coupled wave of guided mode resonance, the purpose of this paper is to apply the radiation type optical surface wave. The composite structure of dielectric superlattice / filled dielectric nanocrystalline periodic grating with great application value is designed and optimized. Based on the anomalous transmission peaks in the band gap of dielectric superlattices and their spectral characteristics and corresponding field distributions, the influence of material and various structural parameters on the surface wave characteristics and excitation coupling in the composite structure is discussed. It is found that the materials (including superlattice and filled grating) and the number of superlattice periods, the period of dielectric grating, the grating height, the duty cycle of the grating have important effects on the spectrum of the ultra-narrow transmission peak. Through a large number of targeted material and structural parameters optimization work, a dielectric superlattice / nanometer-filled grating composite structure, which can excite and couple excellent optical surface waves with great application value, has been obtained. Through a novel and reliable experimental process, which is based on composite template nano-imprint technology and technology, combined with electron beam evaporation coating, high-density plasma reactive ion etching, lifting and other technology and experimental means. The composite structure of dielectric superlattice / nano-filled grating has been successfully designed and fabricated, and the ideal structure and related properties have been obtained through the characterization and test of the experimental samples.
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O441.4

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本文編號(hào)：2283450