發(fā)布時(shí)間：2020-03-20 20:12

【摘要】：表面等離子體激元作為一項(xiàng)熱門(mén)的研究方向受到研究人員的廣泛關(guān)注。通過(guò)表面等離子體共振產(chǎn)生的共振激元(SPPs)可以在亞波長(zhǎng)范圍內(nèi)對(duì)光信號(hào)進(jìn)行調(diào)控。對(duì)于發(fā)展集成光信息技術(shù)具有重要意義,目前有關(guān)應(yīng)用表面等離子體特性的研究在很大程度上要取決于等離子體激元材料。針對(duì)常規(guī)貴金屬在紅外長(zhǎng)波長(zhǎng)波段失去了等離子體激光光場(chǎng)束縛的特性,本論文研究多層膜摻雜氧化鋅在中紅外波段的等離子體激光特性,并于常規(guī)貴金屬作出了比較,主要研究工作和成果如下:(1)本文首先建立了氧化鋅表面等離子體激元的理論模型。利用麥克斯韋方程對(duì)金屬/電介質(zhì)結(jié)構(gòu)的波動(dòng)方程進(jìn)行求解,得到表面等離子體激元的色散關(guān)系和傳播模式,并從原理上分析了氧化鋅等離子體激元的色散關(guān)系。(2)實(shí)驗(yàn)制備出多層膜結(jié)構(gòu)氧化鋅的新型材料,利用原子層氣相沉積技術(shù),采用交替沉積ZnO和AlO_x循環(huán),以總共1000個(gè)循環(huán)實(shí)現(xiàn)ZnO薄膜的Al摻雜,實(shí)驗(yàn)中制備了五個(gè)樣品,每個(gè)樣品具有不同的Al_2O_3和ZnO的循環(huán)比率。所有樣品均在1毫米厚的石英基板上制備。樣品一的薄膜只由ZnO組成,不含AlO_x層。另外四個(gè)樣品具有不同的AlO_x:ZnO循環(huán)比,即分別為1:14,1:19,1:24以及1:49。(3)利用紅外光譜技術(shù),研究揭示了多層膜結(jié)構(gòu)氧化鋅的等離子體激元特性。通過(guò)測(cè)得樣品在入射光為15~o時(shí)的紅外反射光譜,利用傳輸矩陣模型對(duì)不同摻雜比例的氧化鋅Drude模型參數(shù)進(jìn)行提取,得到不同膜結(jié)構(gòu)摻雜氧化鋅的表面等離子體色散曲線,分析了多層膜結(jié)構(gòu)的氧化鋅的表面等離子體特性,并與常規(guī)貴金屬的表面等離子體特性進(jìn)行了比較,結(jié)果表明基于摻雜氧化鋅的表面等離子體在紅外具有亞波長(zhǎng)傳播特性,其場(chǎng)能量可限制在亞波長(zhǎng)尺度,在1-8微米處穿透深度為100微米量級(jí),比貴金屬小1個(gè)量級(jí),具有較高損耗,然而其傳播長(zhǎng)度為100微米量級(jí),比貴金屬小2個(gè)量級(jí),能夠有效的將光限制在金屬和介質(zhì)表面。
【圖文】：

納米殼的消光光譜，納米殼的直徑為143nm，球心直徑為119nm，殼層厚度為12nm

第一章 緒言近年來(lái)對(duì)于等離子體激元技術(shù)的應(yīng)用大多是使用表面等離子體激元共振有關(guān)的局部加熱效果，有效地利用了等離子體激元材料的材料損耗。Oara Neumann,Alexander S. Urban, Jared Day 等人（2013）[32]運(yùn)用金屬粒子在亞波長(zhǎng)是光輻射的強(qiáng)烈吸收體這樣的特性，基于其傳導(dǎo)電子的集體振蕩，即表面等離子體激元。當(dāng)共振激發(fā)時(shí)，光輻射的能量通過(guò) Landau（非輻射）阻尼耗散而不通過(guò)散射輻射能量，，導(dǎo)致粒子表面的納米尺度附近的溫度急劇升高，利用這個(gè)特性成功研制出如圖 1-2所示的無(wú)需加熱的納米級(jí)沸騰水凈化結(jié)構(gòu)。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ132.41

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本文編號(hào)：2592133