基于光频双曲色散超材料的深亚波长成像原理和方法研究
发布时间：2021-10-29 20:23
光学成像系统存在衍射极限,源于携带高频信息的倏逝波衰减而无法参与成像。表面等离子体（Surface Plasmons,SP）具有倏逝波耦合放大等性质,使得对倏逝波的操控和调节成为可能。随着微细加工技术不断提高,表面等离子体亚波长光学得到快速发展,大量关于单层金属膜层和金属-介质多层膜等超材料的研究涌现于世。利用超材料激发表面等离子体,操控倏逝波振幅和相位等信息,实现超分辩成像,成为了当前光学领域研究的重点之一。本文就光频双曲色散超材料的深亚波长成像原理和方法展开深入的理论及实验研究,论文的主要研究内容和成果包括:1.基于光频超衍射材料的近场增强成像方法研究。根据光频超衍射材料的光波传输行为及空间频谱滤波机理,设计了介电常数相匹配的Al/MgF2和ZrO2/Al多层膜结构分别用于光刻和显微成像。结合Ag层SP耦合放大效应,提出一种实现近场场强增强的体等离子体结构照明源的设计方法（bulk plasmon illumination,BPI）。对于表面等离子体腔超透镜（plasmonics cavity lens）成像,加载Ag层的BPI相比于无A...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)四川省
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 衍射极限
1.3 超透镜及光刻成像的研究现状及进展
1.3.1 平面超透镜(Superlens)
1.3.2 曲面超透镜(Hyperlens)
1.4 表面显微成像的研究现状和进展
1.4.1 全内反射荧光显微技术
1.4.2 表面等离子体显微术
1.5 负折射率材料成像研究现状和进展
1.6 论文研究内容及章节安排
第2章 表面等离子体基础
2.1 表面等离子体存在的基本条件
2.2 表面等离子体的基本电磁特性
2.2.1 金属材料的Drude模型
2.2.2 表面等离子体的色散模型及特征参数
2.3 金属-介质交替薄膜材料的等效介质理论分析
2.4 表面等离子体激发方式
2.4.1 棱镜耦合激发
2.4.2 光栅耦合激发
2.4.3 表面缺陷激发
2.4.4 其他激发方式
2.5 电磁场计算方法
2.5.1 时域有限差分法
2.5.2 有限元法
2.6 本章小结
第3章 基于光频超衍射材料的近场增强成像方法研究
3.1 应用于光刻成像的BPI结构设计
3.1.1 BPI激发结构设计原理
3.1.2 BPI照明下表面等离子体腔超透镜的成像仿真
3.2 应用于显微成像的SP激发结构设计
3.2.1 Ag层增强表征实验原理分析
3.2.2 实验装置
3.2.3 实验结果与讨论
3.3 本章小结
第4章 均匀深亚波长穿透深度的SP表面显微结构设计及分析
4.1 设计原理
4.2 单一穿透深度SP表面显微照明结构设计
4.3 穿透深度可调的SP表面显微照明结构设计
4.3.1 结构设计及分析
4.3.2 宽频带性能
4.3.3 金属/介质膜层厚度的影响
4.3.4 样本折射率影响
4.3.5 BPP照明下的纳米颗粒成像
4.3.6 BPP照明结构和图形制备
4.3.7 超短照明深度的表面显微成像实验
4.4 近场倏逝波穿透深度的双层荧光染料光谱远场检测方法原理及分析
4.4.1 理论模型及分析
4.4.2 初步实验及结果分析
4.4.3 目前存在的不足及后期工作改进
4.5 本章小结
第5章 基于光频负折射材料的SP近场光刻成像
5.1 原理结构
5.2 单线条成像理论分析
5.2.1 空气距、半宽、强度随金属-介质对厚度的变化情况
5.2.2 空气距、半宽、强度随介质占空比的变化情况
5.2.3 空气距、半宽、强度随物像关系的变化情况
5.2.4 空气距、半宽、强度随浸没环境的变化情况
5.2.5 空气距随金属-介质对数目的变化情况
5.2.6 空气距随介质介电常数的变化情况
5.3 密集线条成像理论分析
5.3.1 金属/介质单元厚度对光刻性能的影响
5.3.2 金属/介质单元中介质占空比对光刻性能的影响
5.3.3 金属/介质单元膜层对数对光刻性能的影响
5.3.4 入射光偏振对光刻性能的影响
5.3.5 理论光刻结果与分析
5.3.6 周期光栅二维成像模拟
5.4 二维环状图形成像模拟
5.5 结构制备
5.6 曝光结果及分析
5.7 本章小结
第6章 结束语
6.1 论文的主要创新点
6.2 存在问题及后期工作展望
参考文献
致谢
作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果
本文编号：3465336
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)四川省
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 衍射极限
1.3 超透镜及光刻成像的研究现状及进展
1.3.1 平面超透镜(Superlens)
1.3.2 曲面超透镜(Hyperlens)
1.4 表面显微成像的研究现状和进展
1.4.1 全内反射荧光显微技术
1.4.2 表面等离子体显微术
1.5 负折射率材料成像研究现状和进展
1.6 论文研究内容及章节安排
第2章 表面等离子体基础
2.1 表面等离子体存在的基本条件
2.2 表面等离子体的基本电磁特性
2.2.1 金属材料的Drude模型
2.2.2 表面等离子体的色散模型及特征参数
2.3 金属-介质交替薄膜材料的等效介质理论分析
2.4 表面等离子体激发方式
2.4.1 棱镜耦合激发
2.4.2 光栅耦合激发
2.4.3 表面缺陷激发
2.4.4 其他激发方式
2.5 电磁场计算方法
2.5.1 时域有限差分法
2.5.2 有限元法
2.6 本章小结
第3章 基于光频超衍射材料的近场增强成像方法研究
3.1 应用于光刻成像的BPI结构设计
3.1.1 BPI激发结构设计原理
3.1.2 BPI照明下表面等离子体腔超透镜的成像仿真
3.2 应用于显微成像的SP激发结构设计
3.2.1 Ag层增强表征实验原理分析
3.2.2 实验装置
3.2.3 实验结果与讨论
3.3 本章小结
第4章 均匀深亚波长穿透深度的SP表面显微结构设计及分析
4.1 设计原理
4.2 单一穿透深度SP表面显微照明结构设计
4.3 穿透深度可调的SP表面显微照明结构设计
4.3.1 结构设计及分析
4.3.2 宽频带性能
4.3.3 金属/介质膜层厚度的影响
4.3.4 样本折射率影响
4.3.5 BPP照明下的纳米颗粒成像
4.3.6 BPP照明结构和图形制备
4.3.7 超短照明深度的表面显微成像实验
4.4 近场倏逝波穿透深度的双层荧光染料光谱远场检测方法原理及分析
4.4.1 理论模型及分析
4.4.2 初步实验及结果分析
4.4.3 目前存在的不足及后期工作改进
4.5 本章小结
第5章 基于光频负折射材料的SP近场光刻成像
5.1 原理结构
5.2 单线条成像理论分析
5.2.1 空气距、半宽、强度随金属-介质对厚度的变化情况
5.2.2 空气距、半宽、强度随介质占空比的变化情况
5.2.3 空气距、半宽、强度随物像关系的变化情况
5.2.4 空气距、半宽、强度随浸没环境的变化情况
5.2.5 空气距随金属-介质对数目的变化情况
5.2.6 空气距随介质介电常数的变化情况
5.3 密集线条成像理论分析
5.3.1 金属/介质单元厚度对光刻性能的影响
5.3.2 金属/介质单元中介质占空比对光刻性能的影响
5.3.3 金属/介质单元膜层对数对光刻性能的影响
5.3.4 入射光偏振对光刻性能的影响
5.3.5 理论光刻结果与分析
5.3.6 周期光栅二维成像模拟
5.4 二维环状图形成像模拟
5.5 结构制备
5.6 曝光结果及分析
5.7 本章小结
第6章 结束语
6.1 论文的主要创新点
6.2 存在问题及后期工作展望
参考文献
致谢
作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果
本文编号：3465336
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3465336.html
