二维周期性V型金属等离子共振结构的研究

发布时间：2020-04-19 04:41

【摘要】：随着表面等离子体光子学和纳米技术的发展,光与金属微纳结构之间的相互作用而产生的表面等离子体共振特性已成为一个研究热点,其在生物医疗、材料科学与光电传感器件等领域有着广泛的应用前景。而经过金属光栅结构调制的表面等离子体共振效应,常常被人们利用来研究光与金属周期性结构之间的相互作用。论文基于前人的研究成果,结合成熟的硅加工及金属剥离工艺,优化设计了一种具备Fano共振的金属V型光栅等离子共振结构。论文基于有限元分析法,利用COMSOL Multiphysics仿真软件对这种V型光栅共振结构进行建模,通过优化不同结构参数(如硅基底厚度、膜厚、光栅占空比与周期等)来改善结构的场增强性能,文章对比了单元结构和光栅结构的场增强因子,结果表明当光栅激发的表面等离子共振模式和单元结构的局域场共振模式在光谱上靠近或重叠时会形成Fano共振,可进一步加强尖端的场增强。此外,还研究了这种可变尖端间距的光栅结构对共振波长及场增强因子的调节作用。在现有的电子束曝光和湿法腐蚀精度条件下,金属V型槽狭缝间距可控制到10nm的精度,此时场增强因子可达1000以上,且狭缝间距越小,场增强因子越大。在数值模拟的基础之上,论文采用SOI硅片,先后经过化学气相沉积法、电子束曝光、硅的湿法腐蚀、电子束热蒸镀,制备了金属V型光栅等离子共振结构。硅模板的制备使用成熟的各向异性湿法腐蚀工艺,保证重复性和可靠性的基础上,制备了纳米级狭缝间距的结构。后再经过电子束热蒸镀工艺,得到一层致密平滑的银膜。经过旋涂弹性胶和模板剥离工艺,即可制备银膜光栅结构。这种金属V型光栅结构将场增强范围由传统金属单元结构的点增强延展到线增强,在实现了尖端附近高局域场增强的同时也极大的增加了场增强的覆盖范围。此外,通过弯曲透明弹性基底,可对尖端结构间距调谐,进而实现对共振波长及场增强因子的有效调节,可以预见其在高灵敏度多组分同时分析检测领域极大的应用前景。
【图文】：

东南大学硕士学位论文2.1 传播表面等离子激元如图 1-1 所示，图中分别展示了由纳米球和纳米线支持的局域表面等离子激元和传表面等离子激元。传播表面等离子激元可理解为沿着金属表面传播的电磁波。通过金表面结构的改变，可以改变光波与表面等离子激元的相互作用。传播表面等离激元被于此类型光子器件的研究，，并且因此出现了微型光子电路，这种电路比现有电路尺寸很多。这为发展新型光子器件、磁光存储技术、生物传感器、微型光子回路等提供了能[8][9]。

图 1-1 两种类型表面等离子激元共振纳米结构示意图：（a）纳米球型结构支持局域表面等离子激元共振模型；（b）纳米线结构支持的传播表面等离子激元模型传播表面等离子激元在很多方面有其独特吸引力，人们可以通过使用亚波长结构集和传导光。传播表面等离子激元这方面的特性可以用来制作比目前一般的尺度小很的微型光子电路。人们可以利用这样的电路将光转换为传播表面等离子激元，经过传和处理之后，再转换成光。利用表面等离子激元传播信息，需要组装一个完整的电电路中需要有，如波导，开关，连接器等等很多的零件。图 1-2 显示了一种用离子束蚀的包含环形振子的波导结构[10]。将传播表面等离子激元应用于微型光子电路如今已成为一个非常热门的研究课题。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O53;TG14

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 敖红;薄板共振结构共振频率公式的分析推导[J];辽宁师专学报(自然科学版);2003年01期

2 田瑞亭;关于共振结构计数[J];聊城师院学报(自然科学版);2001年03期

3 邱济真,张森,王刚;外电场中Ca和Sr原子光电离谱的共振结构[J];物理学报;1989年07期

4 李庆利;重离子碰撞中的共振结构研究[J];核物理动态;1989年02期

5 吴益华;试谈共振结构的稳定性[J];抚州师专学报;1984年01期

6 丁忠源;再论共振结构的真实性[J];南昌大学学报(理科版);1982年01期

7 杨丕鹏;芳烃自由基共振结构的权重和共振稳定能[J];科学通报;1983年15期

8 陈重阳,颜士翔,滕舟轩,王炎森;Fe~(23+)离子谱线发射的共振结构[J];原子与分子物理学报;1998年S1期

9 杨向东,程延松,刘锦超,王宗笠;光电离过程中的双激发共振结构[J];中国科学(A辑 数学 物理学 天文学 技术科学);1997年05期

10 王艳春,孙翊翔;稠环芳烃共振能的计算[J];辽宁教育学院学报;1997年05期

相关会议论文 前2条

1 刘一鸣;闫森森;靳国永;尚柏潼;;基于有限元法的局域共振复合板隔声特性研究[A];2018中国西部声学学术交流会论文集[C];2018年

2 李庆利;李民;路秀琴;程业浩;赵葵;章庆华;李淑媛;万裕德;李小斌;郭继宇;李志常;姜承烈;;~(31)P+~(12)C和~(35)Cl+~(12)C碰撞系统的共振结构研究[A];第八届全国核物理会议文摘集（下册）[C];1991年

相关重要报纸文章 前1条

1 记者 李大庆;北京正负电子对撞机上发现新的共振结构[N];科技日报;2013年

相关博士学位论文 前3条

1 陶冶;芳基磷有机光电功能材料的设计、合成及性能研究[D];南京邮电大学;2016年

2 闵春刚;生物多色荧光的起源及机理研究[D];吉林大学;2011年

3 蒋德琼;原子与双原子分子碰撞转动激发截面和Ca～+离子光电离过程及其共振结构的理论研究[D];四川大学;2002年

相关硕士学位论文 前9条

1 史士鹏;二维周期性V型金属等离子共振结构的研究[D];东南大学;2018年

2 齐小军;轻质多级局域共振结构轴在齿轮机组中的应用基础研究[D];西安建筑科技大学;2018年

3 陆敏玉;二维周期性Ⅴ型金属等离子体共振结构的设计与制备[D];东南大学;2016年

4 唐蓉;红外激光场中共振结构原子对XUV脉冲的压缩效应[D];西北师范大学;2016年

5 尹忠莉;太阳能光伏声屏障的研究[D];武汉纺织大学;2010年

6 吕岳亭;具有共振结构的嗪类化合物的合成及其三阶非线性光学性能的研究[D];苏州大学;2011年

7 冯彪;液芯光纤结构的制备及温度传感特性研究[D];哈尔滨工业大学;2017年

8 温浩;基于长程表面等离子体和波导结构的SPR技术的研究[D];太原理工大学;2015年

9 李春梅;P_(2n)×C_(2m+1)的匹配强迫数及谱[D];兰州大学;2011年

本文编号：2632934