近年來,基于表面等離激元(surface plasmon poloritons,簡稱SPP)的納米結(jié)構(gòu)研究受到很多研究者們的關(guān)注。作為新興的納米功能結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)擁有很多特異光學(xué)特性,已經(jīng)在很多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。表面等離激元的產(chǎn)生主要是基于金屬界面或者小的金屬結(jié)構(gòu)中電磁輻射和傳導(dǎo)電子的相互作用過程,這種相互作用將導(dǎo)致亞波長尺寸區(qū)域內(nèi)的光學(xué)近場增強(qiáng)。能否有效利用這一特性引起了很多學(xué)者的關(guān)注。普通光學(xué)顯微鏡的分辨率由于受到衍射極限的限制,所能達(dá)到的極限分辨率λ_0/2早已不能滿足現(xiàn)代科學(xué)研究的需求。盡管后來金斯萊克在1983發(fā)明了浸沒顯微鏡,并將分辨率進(jìn)一步下降到了λ_0/2n。但是,由于受到介質(zhì)折射率n的范圍限制,分辨率仍然受到一定限制。如果能將納米結(jié)構(gòu)中引起的高空間頻率的區(qū)域場增強(qiáng)效應(yīng)合理應(yīng)用到光學(xué)顯微鏡中,很有希望進(jìn)一步提高光學(xué)顯微鏡的成像分辨率至納米量級。本文首先對傳統(tǒng)顯微鏡作了概述,說明限制其分辨率的關(guān)鍵。然后和高分辨率的近場顯微鏡作對比,比較它們之間的不同之處,找出可以通過將SPP結(jié)合到顯微鏡上來提高分辨率。然后對有關(guān)SPP的理論作了簡要論述。并根據(jù)數(shù)值計(jì)算方法從理論上設(shè)計(jì)出了新的能夠激發(fā)SPP波的金屬納米錐形陣列結(jié)構(gòu)。然后利用近場掃描光學(xué)顯微鏡對設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)作了近場光學(xué)表征,表征結(jié)果與理論分析結(jié)果一致。最后,作為該結(jié)構(gòu)的應(yīng)用實(shí)例之一,完成了生化傳感實(shí)驗(yàn)。本文由兩個(gè)重要部分組成:一是對設(shè)計(jì)的能夠激發(fā)并匯聚SPP波的結(jié)構(gòu)作了仿真分析,給出了各種條件參數(shù)下的仿真結(jié)果和利用仿真數(shù)據(jù)處理得到的圖表結(jié)果,通過對比得到最優(yōu)的參數(shù)。仿真的結(jié)果表明利用微納結(jié)構(gòu)尖端由SPP匯聚而產(chǎn)生的局部增強(qiáng)場的熱點(diǎn)效應(yīng)(hot-spots),空間尺寸達(dá)到納米量級,與理論推測的相符。二是通過近場測量實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了在金屬陣列結(jié)構(gòu)的尖端確實(shí)會(huì)產(chǎn)生無數(shù)的小亮點(diǎn)即理論上提出的“熱點(diǎn)效應(yīng)”,和仿真得到的結(jié)果一致。所以,應(yīng)用結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的小亮點(diǎn)作為二次光源(即納米光源)來進(jìn)一步提升顯微鏡的分辨率理論上是可行的。該結(jié)構(gòu)不僅表現(xiàn)出光學(xué)性質(zhì)上的特異性,還能在生物試劑檢測上發(fā)揮傳感器的作用。鑒于當(dāng)前實(shí)驗(yàn)條件的限制,我們簡要地通過光譜儀測量的吸收譜驗(yàn)證了該結(jié)構(gòu)的生物傳感功能。應(yīng)用研究結(jié)果表明,本結(jié)構(gòu)確實(shí)能夠在生物傳感方面發(fā)揮其獨(dú)特的作用。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TH742
【部分圖文】：

首先假定 TE 偏振是存在的，電場沿 y 軸分場的分布可以表示為：t hhh hhhh間的電磁場的分布可以表示為：t子得出，金屬與介質(zhì)之間的表面等離子體沒有 TE 偏振狀態(tài)是表面等離激元的一個(gè)特性，這種單偏振的產(chǎn)生電學(xué)性質(zhì)和磁學(xué)性質(zhì)： <0, >0。

圖 2-3 棱鏡耦合和表面等離激化激元色散曲線柵耦合表面制作光柵（如凹槽或孔洞，前者為一維光柵結(jié)構(gòu)，后能夠解決表面等離激元的傳播常數(shù) 和介質(zhì)的波矢 kkx 圖 2-4 所示的一維光柵，只有滿足條件： k sin vg，

圖 2-3 棱鏡耦合和表面等離激化激元色散曲線制作光柵（如凹槽或孔洞，前者為一維光柵結(jié)構(gòu)，后解決表面等離激元的傳播常數(shù) 和介質(zhì)的波矢 kx 4 所示的一維光柵，只有滿足條件： k sin vg，
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本文編號：2838911