【摘要】：光子晶體因可以實現(xiàn)對入射電磁波有效的操控而被廣泛的應用于生物化學傳感等方面,但由于光子晶體本身的局限性,并不能實現(xiàn)對微弱信號的精準操控,而金屬等離子激元是一種表面波,可以實現(xiàn)對特定入射頻率的電磁波強度的放大,利用金屬等離子激元的這種效應,制備了一種新型的納米微結構,這種微結構即具有光子晶體的特性又能激發(fā)金屬等離子激元,可以實現(xiàn)對微弱信號精準的操控,我們稱這種特殊的納米微結構為金屬等離子激元晶體。相比于一維和二維的金屬等離子激元晶體,三維的結構有著更加優(yōu)異的光學性能,金屬銀可以在300-1200nm的波長下都可激發(fā)強烈的等離子激元效應,因此研究中我們以采用水凝膠輔助解離三維連續(xù)銀納米結構去制備三維非連續(xù)銀等離子激元晶體,并采用電磁仿真與實驗光譜測試去分析其光學性能。具體如下:(1)三維銀等離子激元晶體的制備。以膠體晶體為模板,水凝膠為基,采用恒壓電化學拋光,設置拋光參數(shù)為6V,0.02s,拋光30-80圈后將三維連續(xù)的銀納米微結構解離,通過掃描電子顯微鏡表征的表面與截面圖,確定得到了三維非連續(xù)銀等離子激元晶體;研究表明拋光電流與銀等離子激元晶體被解離的程度存在內(nèi)在的聯(lián)系,因此可以通過拋光電流的變化去判斷解離的進程,實現(xiàn)了拋光解離過程的可控。(2)三維銀等離子激元晶體光學性能的研究。對于晶體光學性能的研究,我們采用電磁模擬仿真和實驗光譜儀測試去得到銀等離子激元晶體的透射、反射光譜,并研究了各個參數(shù)改變對晶體的光譜的影響,為之后的應用做好理論基礎。研究結果顯示:當模板粒徑從220nm變化至380nm時,反射光譜中由納米銀顆粒陣列衍射共振形成的波峰從500nm紅移至900nm,且呈現(xiàn)線性規(guī)律性的變化;仿真了模板粒徑為394nm的晶體在不同拋光度下的光譜,當拋光度為從0%變化至21.8%時,反射光譜從沒有明顯的反射峰到有突出的反射峰,透射率從0%變化至80%以上,因此非連續(xù)結構的三維結構呈現(xiàn)出更加優(yōu)異的光學性能;同一模板粒徑,同一拋光度下,當晶體內(nèi)部填充水凝膠的折射率每增加0.1,晶體光譜的反射峰位紅移60nm,晶體對內(nèi)部填充物的折射率響應非常靈敏;仿真了不同模板層數(shù)的銀等離子激元晶體的光譜響應情況,結果顯示當模板層數(shù)由4層變化至6層時,因法布里珀羅干涉形成的峰呈現(xiàn)規(guī)律的移動;通過電磁仿真得到的能帶圖與場強分布圖以及光譜隨不同模板粒徑和拋光度的變化情況,我們確定了布拉格晶體衍射和法布里珀羅干涉等效應在光譜上表現(xiàn)。(3)pH響應傳感器的研究。首先我們在銀等離子激元晶體中填充pH敏感型水凝膠,這種水凝膠在不同pH值下會呈現(xiàn)出不同的溶脹程度,水凝膠的溶脹會改變晶體原有的結構,在其光譜上也會有響應。實驗中當?shù)渭拥膒H值由8變化至12時,晶體的反射峰位由490nm移動到了 590nm。
【圖文】：

交通大學碩士專業(yè)學位論文邐引言逡逑體共振的一種光學現(xiàn)象。２００８年在Ｓｔｅｗａｒｔ，，Ｍ．Ｅ發(fā)表的文章中將表面等離子激逡逑振分為兩種模式：（ｉ）表面等離子體極化激兀（ＳｕｒｆａｃｅＰｌａｓｍｏｎｉｃ邋Ｐｏｌａｒｉｔｏｎｓ，ＳＰＰｓ）逡逑（ｉｉ）局域表面等離子共振（Ｌｏｃａｌｉｚｅｄ邋Ｓｕｒｆａｃｅ邋ＰｌａｓｍｏｎｉｃＲｅｓｏｎａｎｃｅｓ，ＬＳＰＲｓ，）邋？下逡逑分別介紹ＬＳＰＲｓ與ＳＰＰｓ。逡逑⑴局域表面等離子共振逡逑銀、金、銅等金屬納米顆粒具備較大負實部和較小的正虛部，外層的自由電子逡逑被激發(fā)，當入射到金屬納米顆粒上的電磁波波長要遠遠的比金屬納米顆粒的逡逑大時，在電磁場的激發(fā)下，金屬顆粒表面的自由電子與電磁場耦合并發(fā)生集體逡逑蕩，當集體震蕩的頻率與入射光頻率相當時，發(fā)生共振我們稱這種共振為局域逡逑等離子共振。逡逑

Ｖ￥ａｖｅｌｅｎｇｔｈ邋｜ｎｍ）邐．逡逑圖１－３�。粒缒ど系目锥吹牧慵壨干涔庾V［１３】＋逡逑Ｆｉｇ．邋１邋－３邋Ｔｈｅ邋ｚｅｒｏ邋ｏｒｄｅｒ邋ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ邋ｓｐｅｃｔｒａ邋ｏｆ邋ｔｈｉｎ邋Ａｇ邋ｆｉｌｍ邋ｈｏｌｅｓ邋［１３］逡逑由圖１－３我們可以看到，除了在紫外區(qū)域出現(xiàn)尖銳的峰譜，在可見和紅外的區(qū)逡逑域還有一些頻譜較寬透射峰。如果將在這些透射峰全都歸結于小孔之間的衍射增逡逑強，而不考慮ＳＰＰｓ的作用是不合理的，因為出現(xiàn)了波峰的位置大于晶格常數(shù)的位逡逑置，在Ａ邋＞ａＱ的位置，即沒有孔陣列之間的干涉也沒有單個空洞的衍射影響。在逡逑４逡逑
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O734

【參考文獻】

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本文編號：2542516