磁光周期纳米光学结构研究

发布时间：2020-09-10 20:13

　　 磁光效应广泛应用于磁光调制器、磁光隔离器、磁光传感器等。随着不断革新的纳米技术,人们发现利用磁光材料和亚波长微结构的结合可以得到许多新颖的特性与功能。一方面采用这些结构,可以实现磁场对器件光学性能的新的调控方式,另一方面结构中的共振造成的电磁场增强导致结构磁光性能得到了很大的提高。因此有必要对磁光周期纳米光学结构进行深入研究。本文首先研究了磁光材料与贵金属周期纳米结构所组成的磁光表面等离子体共振(MOSPR)器件。目前的MOSPR器件主要采用铁磁金属材料,损耗高,将其应用于折射率传感,存在器件优值低的问题。针对这一问题,本文提出了一种基于介质磁光材料的MOSPR传感器,其中,介质磁性材料薄膜为掺铈的钇铁石榴石(Ce:YIG)。Ce:YIG薄膜材料在可见光及近红外波段有着较低的光学损耗,并且具有较高的磁光效应。通过构建Au周期纳米盘,Ce:YIG薄膜和TiN薄膜三层结构,实现Au纳米盘局域型表面等离激元和TiN-Ce:YIG界面传播型表面等离激元共振耦合,可显著降低局域等离激元谐振的散射损耗,并实现磁光效应的显著增强。其横向磁光克尔信号(Transverse Magneto-Optical Kerr Effect,TMOKE)的绝对值达到0.21。应用这一器件制备传感器,使用磁光氧化物的强磁光效应,可以显著提高LSPR传感器的品质因数,基于TMOKE谱进行折射率传感,器件品质因数达2200 RIU~(-1),相比于传统LSPR器件(≤108 RIU~(-1))提高了20倍以上。其次研究了全介质磁光周期纳米光学结构。由于金属材料的色散吸收和能量损耗,难以实现高Q值的共振。基于高介电常数全介质超材料的Mie谐振可以有效地解决这个问题。本文采用聚苯乙烯纳米球光刻技术、脉冲激光沉积技术,通过剥离工艺得到大面积的六角周期YIG/Ce:YIG纳米孔结构。该结构周期为1μm,纳米孔直径600~800 nm。该全介质光栅结构的透射谱相比于连续膜出现了明显的电共振和磁共振峰。这种结构具有增强的磁光效应,在光隔离器、磁光传感器等器件中具有潜在的应用。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：O43;TB383.1
【部分图文】：

法拉第效应示意图

各类磁光效应示意图及原理

局域型表面等离子体共振示意图

【参考文献】

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4 周晓t

本文编号：2816271