氧化锌表面等离子体特性研究

发布时间：2020-03-20 20:12

【摘要】：表面等离子体激元作为一项热门的研究方向受到研究人员的广泛关注。通过表面等离子体共振产生的共振激元(SPPs)可以在亚波长范围内对光信号进行调控。对于发展集成光信息技术具有重要意义,目前有关应用表面等离子体特性的研究在很大程度上要取决于等离子体激元材料。针对常规贵金属在红外长波长波段失去了等离子体激光光场束缚的特性,本论文研究多层膜掺杂氧化锌在中红外波段的等离子体激光特性,并于常规贵金属作出了比较,主要研究工作和成果如下:(1)本文首先建立了氧化锌表面等离子体激元的理论模型。利用麦克斯韦方程对金属/电介质结构的波动方程进行求解,得到表面等离子体激元的色散关系和传播模式,并从原理上分析了氧化锌等离子体激元的色散关系。(2)实验制备出多层膜结构氧化锌的新型材料,利用原子层气相沉积技术,采用交替沉积ZnO和AlO_x循环,以总共1000个循环实现ZnO薄膜的Al掺杂,实验中制备了五个样品,每个样品具有不同的Al_2O_3和ZnO的循环比率。所有样品均在1毫米厚的石英基板上制备。样品一的薄膜只由ZnO组成,不含AlO_x层。另外四个样品具有不同的AlO_x:ZnO循环比,即分别为1:14,1:19,1:24以及1:49。(3)利用红外光谱技术,研究揭示了多层膜结构氧化锌的等离子体激元特性。通过测得样品在入射光为15~o时的红外反射光谱,利用传输矩阵模型对不同掺杂比例的氧化锌Drude模型参数进行提取,得到不同膜结构掺杂氧化锌的表面等离子体色散曲线,分析了多层膜结构的氧化锌的表面等离子体特性,并与常规贵金属的表面等离子体特性进行了比较,结果表明基于掺杂氧化锌的表面等离子体在红外具有亚波长传播特性,其场能量可限制在亚波长尺度,在1-8微米处穿透深度为100微米量级,比贵金属小1个量级,具有较高损耗,然而其传播长度为100微米量级,比贵金属小2个量级,能够有效的将光限制在金属和介质表面。
【图文】：

纳米壳的消光光谱，纳米壳的直径为143nm，球心直径为119nm，壳层厚度为12nm

第一章 绪言近年来对于等离子体激元技术的应用大多是使用表面等离子体激元共振有关的局部加热效果，有效地利用了等离子体激元材料的材料损耗。Oara Neumann,Alexander S. Urban, Jared Day 等人（2013）[32]运用金属粒子在亚波长是光辐射的强烈吸收体这样的特性，基于其传导电子的集体振荡，即表面等离子体激元。当共振激发时，光辐射的能量通过 Landau（非辐射）阻尼耗散而不通过散射辐射能量，，导致粒子表面的纳米尺度附近的温度急剧升高，利用这个特性成功研制出如图 1-2所示的无需加热的纳米级沸腾水净化结构。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ132.41

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本文编号：2592133