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基于纳米球近场效应的飞秒激光纳米加工研究

发布时间:2020-12-05 16:51
  随着纳米加工技术的发展,对加工精度的要求日益提高。利用飞秒激光照射纳米小球,可以在待加工基底表面产生局域的近场增强,进而实现超衍射极限的纳米加工。本文对金(Au)纳米小球和聚苯乙烯(PS)纳米小球辅助飞秒激光纳米加工进行了系统研究。主要研究内容和结果如下:在Au纳米小球辅助飞秒激光纳米加工方面。通过时域有限差分法(FDTD)对不同直径Au纳米小球的近场增强进行数值模拟,得到了近场增强效果随小球直径的变化规律。基于模拟结果进行了实验研究,实现了超衍射极限的纳米孔制备,且发现激光偏振态(线偏振和圆偏振)会显著影响纳米孔形状随激光能量密度的变化规律。这是由于在不同能量密度激光辐照下,Au纳米小球近场效应和热效应对纳米孔形成的影响程度不同。进一步在Au纳米小球所在基底表面引入介电层,可以在基底表面产生不同于传统纳米孔的类蝴蝶状及类双环状纳米结构,丰富了纳米结构制备的调控方法。以上研究为硅(Si)基底表面超衍射极限纳米结构激光制备的研究和发展奠定了基础。在PS纳米小球辅助飞秒激光纳米孔加工方面。通过FDTD方法对不同直径PS纳米小球的近场增强进行数值模拟研究,获得了PS纳米小球直径对近场增强效果... 

【文章来源】:长春理工大学吉林省

【文章页数】:59 页

【学位级别】:硕士

【部分图文】:

基于纳米球近场效应的飞秒激光纳米加工研究


直径为40nm,80nm和200nm的Au纳米小球的近场效率随激发波长的变化趋势图

小球,纳米,能量密度,纳米孔


(a) (b) (c)图 1.2 直径为(a)200 nm,(b)80 nm,和(c)40 nm Au 纳米小球辅助能量密度为 185 mJ/cm2的圆偏振飞秒激光在 Si 基底表面产生纳米孔的 SEM 图[8]。1.2.2 飞秒激光参数对纳米孔加工的影响当 Au 纳米小球的直径固定时,飞秒激光的相关参数也会影响其在基底内部的近场增强和相应的加工效果。Yuto[10]使用线偏振和圆偏振的飞秒激光对 Si 基底表面直径为 200nm 的 Au 纳米小球进行辐照。纳米孔的形貌图如图 1.3 所示,在线偏振光作用下,产生的纳米孔为椭圆形,且椭圆孔的长轴方向平行于激光的偏振方向。在圆偏振光作用下,纳米孔为圆形。这是因为不同偏振方向的入射光场将改变 Au 纳米小球上电荷累积的空间分布,而当 Au 纳米小球产生的近场增强与基底耦合后,基底内部的近场分布也发生相应的改变。

圆偏振,小球,纳米,线偏振


(a) (b) (c)为(a)200 nm,(b)80 nm,和(c)40 nm Au 纳米小球辅助能量密度为的圆偏振飞秒激光在 Si 基底表面产生纳米孔的 SEM 图[8]。秒激光参数对纳米孔加工的影响u 纳米小球的直径固定时,飞秒激光的相关参数也会影响其强和相应的加工效果。Yuto[10]使用线偏振和圆偏振的飞秒激径为 200nm 的 Au 纳米小球进行辐照。纳米孔的形貌图如图光作用下,产生的纳米孔为椭圆形,且椭圆孔的长轴方向平。在圆偏振光作用下,纳米孔为圆形。这是因为不同偏振方 Au 纳米小球上电荷累积的空间分布,而当 Au 纳米小球产耦合后,基底内部的近场分布也发生相应的改变。

【参考文献】:
期刊论文
[1]用于飞秒激光纳米加工的TiO2粒子阵列诱导多种基底表面近场增强[J]. 焦悦,陶海岩,季博宇,宋晓伟,林景全.  物理学报. 2017(14)

博士论文
[1]基于电子动态调控的时域整形飞秒激光微纳加工的理论和实验研究[D]. 张开虎.北京理工大学 2015



本文编号:2899773

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