基于表面等离激元超分辨聚焦研究

发布时间：2020-10-13 07:28

　　 近年来,基于表面等离激元(surface plasmon poloritons,简称SPP)的纳米结构研究受到很多研究者们的关注。作为新兴的纳米功能结构,这种结构拥有很多特异光学特性,已经在很多领域得到了广泛应用。表面等离激元的产生主要是基于金属界面或者小的金属结构中电磁辐射和传导电子的相互作用过程,这种相互作用将导致亚波长尺寸区域内的光学近场增强。能否有效利用这一特性引起了很多学者的关注。普通光学显微镜的分辨率由于受到衍射极限的限制,所能达到的极限分辨率λ_0/2早已不能满足现代科学研究的需求。尽管后来金斯莱克在1983发明了浸没显微镜,并将分辨率进一步下降到了λ_0/2n。但是,由于受到介质折射率n的范围限制,分辨率仍然受到一定限制。如果能将纳米结构中引起的高空间频率的区域场增强效应合理应用到光学显微镜中,很有希望进一步提高光学显微镜的成像分辨率至纳米量级。本文首先对传统显微镜作了概述,说明限制其分辨率的关键。然后和高分辨率的近场显微镜作对比,比较它们之间的不同之处,找出可以通过将SPP结合到显微镜上来提高分辨率。然后对有关SPP的理论作了简要论述。并根据数值计算方法从理论上设计出了新的能够激发SPP波的金属纳米锥形阵列结构。然后利用近场扫描光学显微镜对设计的结构作了近场光学表征,表征结果与理论分析结果一致。最后,作为该结构的应用实例之一,完成了生化传感实验。本文由两个重要部分组成:一是对设计的能够激发并汇聚SPP波的结构作了仿真分析,给出了各种条件参数下的仿真结果和利用仿真数据处理得到的图表结果,通过对比得到最优的参数。仿真的结果表明利用微纳结构尖端由SPP汇聚而产生的局部增强场的热点效应(hot-spots),空间尺寸达到纳米量级,与理论推测的相符。二是通过近场测量实验结果进一步证实了在金属阵列结构的尖端确实会产生无数的小亮点即理论上提出的“热点效应”,和仿真得到的结果一致。所以,应用结构上产生的小亮点作为二次光源(即纳米光源)来进一步提升显微镜的分辨率理论上是可行的。该结构不仅表现出光学性质上的特异性,还能在生物试剂检测上发挥传感器的作用。鉴于当前实验条件的限制,我们简要地通过光谱仪测量的吸收谱验证了该结构的生物传感功能。应用研究结果表明,本结构确实能够在生物传感方面发挥其独特的作用。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH742
【部分图文】：

首先假定 TE 偏振是存在的，电场沿 y 轴分场的分布可以表示为：t hhh hhhh间的电磁场的分布可以表示为：t子得出，金属与介质之间的表面等离子体没有 TE 偏振状态是表面等离激元的一个特性，这种单偏振的产生电学性质和磁学性质： <0, >0。

图 2-3 棱镜耦合和表面等离激化激元色散曲线栅耦合表面制作光栅（如凹槽或孔洞，前者为一维光栅结构，后能够解决表面等离激元的传播常数 和介质的波矢 kkx 图 2-4 所示的一维光栅，只有满足条件： k sin vg，

图 2-3 棱镜耦合和表面等离激化激元色散曲线制作光栅（如凹槽或孔洞，前者为一维光栅结构，后解决表面等离激元的传播常数 和介质的波矢 kx 4 所示的一维光栅，只有满足条件： k sin vg，
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本文编号：2838911