纳米剪纸术及其光子学应用

发布时间：2021-09-19 11:30

　　三维微纳加工和制造技术是现代微纳光子学领域发展的重要基础,可以为三维微纳尺度上操纵和控制光子以及下一代信息技术的发展提供广阔的平台。本论文提出了基于聚焦离子束系统的纳米剪纸技术,实现了独特的三维微纳变形加工,成功制备了多种功能型微纳光子结构,展现了优异的光学性能。我们从传统剪纸工艺出发,采用高剂量的聚焦离子束作为“剪裁”手段,低剂量的离子束扫描作为“形变”手段,发展了“剪裁—变形”的原位纳米剪纸技术。通过深入分析离子束扫描时发生的物理过程,提出了双层应力分布模型,很好地预测了结构的变形过程。之后从离子束的扫描方式和结构的拓扑形貌两方面入手,将纳米剪纸归纳为局域扫描和全局扫描、树状结构和闭环结构等不同类型,并对各类型的工艺特性和优缺点进行了分析对比。首先,基于树状纳米剪纸技术,我们制备了垂直开口谐振环（Split Ring Resonator,SRR）与金属孔组成的复合结构（EOT-SRR）阵列,由于三维电导耦合机制的作用,成功激发了显著的法诺共振（Fano resonance）。通过对表面电流和透射光谱进行模拟分析,我们揭示了法诺共振的物理根源,并论证了三维电导耦合方案相对于传统电容耦... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院物理研究所)北京市

【文章页数】：109 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

(a)中国发现最早的剪纸实物，北朝（公元386-581年）对马团花剪纸

而是结合了从二维到三维的空间形变过程，得以实现更加复杂、更具观赏性的立体剪纸结构，如图1.2 所示。图 1.2 现代立体三维剪纸技术作品[2]。1.2 现代剪纸工艺及科学技术应用剪纸除了在艺术领域和日常生活中有重要地位之外，在科学研究的很多方面也有着广泛的应用。这是由于看似简单的剪纸和折纸技术中其实蕴涵着深邃的科学思想。例如，常见的拉花剪纸工艺就涉及到从二维平面结构到三维立体结构的形变科学，其衍生出来的立体几何变换知识非常丰富，一个显著的特征是结构所占空间大小在形变过程中发生了几个数量级的变化，而驱动这一变化所需要的能量设计又十分巧妙。因此，在科学研究领域，科学家们发展出种类繁多的技术手段，来实现不同系统中、不同条件下与剪纸类似的结构形变过程。1.2.1 科学领域的剪纸变形手段1.2.1.1 应力控制的剪纸变形剪纸中的折叠、弯曲等变形，究其根本，就是在结构不同的区域施加不同的应力，为了达到应力平衡，区域间的应力差会使结构发生形变。所以不管在什么

纳米剪纸术及其光子学应用系统中，要实现结构的变形，有一项条件是必须要满足的，那就是要对结构施加合适的应力分布。而针对不同的环境和不同的材料，会有不同的应力施加方式，在微纳尺度，主要有毛细作用力[5-10]、薄膜残余应力[11-14]、主动材料[15-20]等施加应力的方法。图 1.3(a)为相应的原理图[21]。


本文编号：3401532