【摘要】：表面等離激元(SurfacePlasmons,SPs)一般指金屬納米結(jié)構(gòu)中自由電子的共諧振蕩,憑借其獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì),在表面增強(qiáng)拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering,SERS)、表面增強(qiáng)熒光、高靈敏生化傳感、亞波長(zhǎng)光波導(dǎo)等多種領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。SPs特性與應(yīng)用的相關(guān)研究需要實(shí)現(xiàn)SPs的可控激發(fā)與收集,同時(shí)SPs激發(fā)具有定向特性,因此建立具備角度分辨能力的光譜測(cè)量系統(tǒng)是研究SPs相關(guān)特性的一種重要且有效的手段。本文結(jié)合國(guó)家自然基金項(xiàng)目“角分辨光譜測(cè)量系統(tǒng)的建立及其在可控定向SERS基底光學(xué)表征中的應(yīng)用”的任務(wù)要求,以研究等離激元結(jié)構(gòu)樣品的角分辨光學(xué)性質(zhì)為目的,設(shè)計(jì)并搭建了基于后焦平面成像的角分辨光譜測(cè)量系統(tǒng),并對(duì)其實(shí)驗(yàn)應(yīng)用進(jìn)行了探索。本文主要完成了以下工作:1.設(shè)計(jì)了角分辨光譜測(cè)量系統(tǒng)的光路結(jié)構(gòu),包括激發(fā)光路與收集光路兩部分。合理選擇光學(xué)元件參數(shù),分析各光學(xué)元件對(duì)光路的影響,利用Zemax軟件對(duì)系統(tǒng)光路進(jìn)行仿真,驗(yàn)證了光路設(shè)計(jì)方案的有效性。2.以籠式光學(xué)系統(tǒng)為主體,設(shè)計(jì)了角分辨光譜測(cè)量系統(tǒng)的光機(jī)械結(jié)構(gòu),并搭建了完整的系統(tǒng)光路,設(shè)計(jì)了完整的光路調(diào)試過程,保證了光路的開放性與穩(wěn)定性。對(duì)后焦平面圖像位置與收集角度關(guān)系、系統(tǒng)激發(fā)角度分辨率與收集角度分辨率等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了標(biāo)定。3.分析了測(cè)量系統(tǒng)的功能需求,使用C#語(yǔ)言完整的實(shí)現(xiàn)了角分辨光譜測(cè)量系統(tǒng)軟件,主要包括運(yùn)動(dòng)控制與光譜數(shù)據(jù)采集模塊、光譜與圖像處理算法模塊和人機(jī)界面三大模塊。4.通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了角分辨光譜測(cè)量系統(tǒng)的有效性,并開展了一些應(yīng)用研究的探索。通過采集金膜樣品后焦平面圖像與一維周期光柵的角分辨反射光譜,并將光柵樣品的角分辨反射光譜與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了系統(tǒng)的角度分辨率與可靠性;對(duì)二維周期性金屬納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行了角分辨反射光譜表征,獲得了金納米結(jié)構(gòu)樣品SPs激發(fā)與發(fā)射的角分辨模式和二維周期性納米結(jié)構(gòu)基底上染料分子的角分辨熒光光譜。
【圖文】：

其中為真空中入射光波矢，＆為介質(zhì)介電常數(shù)，■＾為金屬介電常數(shù)。由逡逑于一般情況下，金屬介電常數(shù)實(shí)部絕對(duì)值遠(yuǎn)大于虛部，忽略金屬介電常數(shù)虛部，逡逑可以得到如圖１．２所示的入射光與ＳＰｓ的色散關(guān)系圖。逡逑１．２］邐Ｚ逡逑，Ｌｉｇｈｔ邋ｌｉｎｅ逡逑】？（）？邋邐／邋？．二邐逡逑－０．８－邋，；邋一＂＂逡逑￡邋0６．戶＜ＳＰＰ邋ｌ＞—Ｕｎｅ逡逑Ｅ．邋．邐／逡逑３邋０．４＊邐／逡逑０．２＊邋／逡逑０，０邋４—＾一＂，￣■—？，￣？一￣，一，逡逑０．０邐０．２邐０．４邐０．６邐０．８邐１．０逡逑ｍ－１）逡逑圖１．２入射光與ＳＰｓ的色散關(guān)系［１］逡逑３逡逑

Ｍｅｔａｌ邐＾逡逑圖１．邋１邋（ａ）邋ＳＰｓ物理模型示意圖（ｂ）邋ＳＰｓ電場(chǎng)分量隨離金屬／介質(zhì)界面距逡逑離增大呈指數(shù)衰減［２９］逡逑偏振電磁波而言，其波矢Ａ邋＝邋（ｔ，＼．０），則其電場(chǎng)與磁場(chǎng)可分別表示為逡逑Ｅ邋＝邋［￡ｒ，￡，），，０］ｅｘｐ（／（Ａｖｘ邋＋邋Ａｖ．ｙ－ｗ0）邐“邋）逡逑／／邋＝邋［０，，０，邋Ｈ．邋］邋ｅｘｐ（／（Ａｔｊｒ邋＋邋ｋｙｙ邋－邋ｃｏｔ））逡逑結(jié)合邊界連續(xù)條件，即金屬－介質(zhì)界面電場(chǎng)與磁場(chǎng)的切向分量連續(xù)，對(duì)麥克逡逑斯韋方程組進(jìn)行求解，可以求得平坦金屬表面ＳＰｓ波的色散關(guān)系［３１］：逡逑ＫＰ＝ｋ邐（１．３）逡逑＾ａ＋￡ｍ逡逑其中為真空中入射光波矢，＆為介質(zhì)介電常數(shù)，■＾為金屬介電常數(shù)。由逡逑于一般情況下，金屬介電常數(shù)實(shí)部絕對(duì)值遠(yuǎn)大于虛部，忽略金屬介電常數(shù)虛部，逡逑可以得到如圖１．２所示的入射光與ＳＰｓ的色散關(guān)系圖。逡逑１．２］邐Ｚ逡逑
【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】：2017
【分類號(hào)】：TH74

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1 ;具有衍射頻譜成象和投影成象的激光準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)[J];激光;1978年04期

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1 呂瑞琦;后焦平面成像角分辨光譜測(cè)量系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)[D];廈門大學(xué);2017年

本文編號(hào)：2710157