波导耦合金属光子晶体的制备和光学特性研究.pdf

北京工业大学
硕士学位论文
波导耦合金属光子晶体的制备和光学特性研究
姓名:宋娇阳
申请学位级别:硕士
专业:光学
指导教师:宋晏蓉;张新平
20090501
摘要它所表现出来的光学特性依赖于等离子共振与波导模式发生强烈的耦合作用。利用消光光谱可以表征这种结构的光学特性,这种纳米器件可广泛应用于光学开制备金属光子晶体方法包括:电子束刻蚀结合后续剥离法、激光干涉光刻结合干刻蚀技术等。然而,这些方法存在一些明显的缺点,比如制备的结构面积小法和溶液法相结合的办法制备金属光子晶体,其特色在于:制备面积大,加工过程简单、成本低廉,适合工业化生产过程,具有广泛应用应用前景。本文首先利用干涉光刻技术制备了波导耦合纳米光栅结构,系统研究了其波导共振模式的角分辨调谐特性及其对光栅参数、入射光偏振特性的依赖关系,并作了相应的理论模拟。特别研究了光栅周期和厚度对波导共振模式角分辨调谐速率的影响。其次在纳米光栅的基础上将光栅槽内填入金纳米颗粒,制备出面积大、功能稳定的波导耦合金属光子晶体。除研究基于ǖ冀鹗艄庾泳宓墓馄学特性以外,又研究了ǖ冀鹗艄庾泳宓慕欠直娴餍程匦裕约癦波式的调制特性。良好的实验结果对于器件进一步应用于滤波、生物传感技术具有关键词:金属光子晶体;干涉光刻;角分辨;多共振模式;金纳米颗粒;溶液处金属光子晶体是周期排列的金属纳米孔、纳米柱以及纳米线的结构,其基于的物理机理是粒子等离子共振效应。本文研究的对象是波导耦合金属光子晶体,关、生物传感器、光电子性能的研究。傥⒚琢考、制备工艺复杂、成本高设备昂贵等。本课题采用激光干涉光刻导厚度对其光谱学特性的影响,发现了ǖ己穸任时的双波导模式和钡娜ǖ寄J剑⒃诶砺凵辖馐土似洳硪约澳D饬硕喙舱衲重要的指导意义。理技术
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签名:‰尸.∥。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留送交论文的复印件,允许论文被查阅和借阅;学校可以公布论文的全部或部分内容,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。C艿穆畚脑诮饷芎笥ψ袷卮斯娑已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
第一章绪论金属光子晶体简介生:如纳米光学与技术、集成光电子学、,随着纳米科技与制造工艺的迅猛发展,纳米相关的学科与技术正经历着前所未有的变革,一些新的交叉学科和新的研究方向不断产结合化学合成的方法研究和发展纳米器件的新学科。其中金属纳米光学是光学、凝聚态物理学、纳米材料与科技领域共同的研究焦点。其在生物传感器技术、统制备技术不仅制备工艺复杂、设备昂贵,而且制备面积小傥⒚琢考,从金属纳米结构的制备方法进行研究,开发一种具有工业化特点的金属纳米结构的波导耦合金属光子晶体是纳米光学与技术之中比较重要的研究方向,它所表现出来的光学特性依赖于等离子共振与波导模式发生强烈的耦合作用。利用吸收依据,为进一步推动纳米光学从基础研究向工程技术发展打下坚实的基础。本文早在年,诠庋笛橹校⑾值绱挪ㄔ诳逃泄庹さ慕鹗舯砻妫、光子晶体、负折射⒈砻娴壤爰ぴ和纳米材料等成为当前的研究热点。纳米光学与技术是在光电子学、化学和材料学发展的基础上,采用光学加工光学工程、有机光电子学、负折射材料中的应用研究已经形成一个新的交叉领域。然而,基于电子束刻蚀、离子束刻蚀、真空蒸镀等工艺过程的金属纳米结构的传而极大地限制了这方面的科学研究和技术开发向更深层次的发展。因此有必要对制备技术。光谱可以表征这种光学特性,而利用这种光学特性制备的纳米器件可广泛应用于光学开关、光学滤波器件、生物传感器、有机电致发光器件、光电子性能的研究。对波导耦合金属光子晶体光学性能的研究,将对其未来的应用研究奠定理论和实验基础,为开发基于该结构的实用化电子器件提供有力的指导和充分可靠的主要研究内容为提供高质量波导耦合金属光子晶体的制备方法并对其光学特性进行研究。会产生异常的反射光谱。年,等人嘲首次提出了表面等离子体第一誊绪论
■虺苨母拍睿幢砻娴壤胱犹逵谑侵附鹗舯砻嫜刈沤鹗艉徒橹式缑传播的电子倏逝波。年,分别在讨论如何抑制自发辐射和无序电介质材料中的光子局域时,各自独立提出了“光子晶体”这一新概念。年,和热薣蛐】,对多层波导光栅的光学特性进行了研究,计算了单层、双层、三层结构对光波的空间调制。年,等人【啊浚利用干涉