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微纳金属结构近场光学性能研究

何蓉静  
【摘要】:近年来,人们热衷于纳米材料的研究与应用,而微纳金属结构由于其独特的光学特性,成为研究中的一大热点。而微纳金属结构的特殊光学特性来自于表面等离子体的作用。表面等离子体(SP)是在导体和电介质界面上发生的集体电荷振荡,包括沿着金属表面自由传播的电子密度波和不连续的金属微纳结构中的局域电子振荡,两者分别对应表面等离子体共振(SPR)和局域表面等离子体共振(LSPR)。由于表面等离子体的作用,微纳金属结构具有广泛的实际应用,如纳米尺度的光控制和操作、单分子级的生物探测、亚波长孔径的光传输增强等。 本论文的主要工作是用近场扫描光学显微镜(NSOM)对微纳金属机构进行实验表征,并进行相应的理论计算,通过对比实验与理论结果,研究分析微纳金属结构的近场光学特性。论文主要针对两类结构进行了相应研究: 1.金属纳米孔阵列对特定波长的透射光有增强作用,在传感器以及光器件等方面具有广泛的应用。本论文采用有限时域差分法(FDTD)进行仿真,通过改变纳米孔形状、排列周期等因素分析金属纳米孔阵列的传输特性,并用NSOM观察研究其近场光强分布状况。主要分析了菱形、十字星形和蝶形孔阵列的近场光强分布状况,实验结果与仿真计算的结果相一致,表明了纳米孔阵列对特定透射光的增强特性,并且结构表面的光强分布有明显的增强。 2.微纳金属光栅结构也是经典结构之一,具有很多特殊的光学特性,本论文主要研究一维光栅结构的透射偏振效应及滤波作用,对两种典型结构进行实验分析研究:环状结构和车轮结构。 NSOM得到的近场光强分布以及光学显微镜得到的远场光强与仿真计算结果一致,验证了光栅结构的上述特性,为微纳光栅的加工应用提供了更多的依据。


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