貴金屬介電常數(shù)模型的研究.pdf

1、分類號(hào) 分類號(hào) 密 級(jí)UDC 學(xué)校代碼 學(xué)校代碼 10497學(xué) 位 論 文題 目 貴金屬介電常數(shù)模型的研究 1英文題目 Research on the Dielectric Constant Model of Noble Metal Film1研究生姓名 劉莎 1姓名 黎敏 職稱 教授 學(xué)位 博士 1單位名稱 武漢理工大學(xué)理學(xué)院物理系 郵編 4300701申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別 碩 士 學(xué)科專業(yè)名稱 物理學(xué) 1論文提交日期 2017 年 4 月

2、論文答辯日期 2017 年 5 月 1學(xué)位授予單位 武漢理工大學(xué) 學(xué)位授予日期 2017 年 6 月 1答辯委員會(huì)主席 評(píng)閱人 教育部學(xué)位中心盲審教育部學(xué)位中心盲審2017 年 5 月指導(dǎo)教師I摘 要貴金屬薄膜作為激發(fā)表面等離子體共振(Surface Plasmon Resonance, SPR)的必要條件，它的介電性能直接影響 SPR 系統(tǒng)的性能和可靠性，是表面等離子體共振傳感的基本特性參數(shù)。已有的貴金屬介電常數(shù)模型，典型的如 Dru

3、de 模型和 Lorentz-Drude(L-D)模型， 在可見光及紅外波段均不能很好地與實(shí)驗(yàn)值相吻合。為解決這一問題，論文從對(duì)介電常數(shù)已有模型的修正和實(shí)驗(yàn)測(cè)量?jī)蓚€(gè)方面較深入地研究了貴金屬金和銀薄膜的介電常數(shù)，主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)包括：介電常數(shù)模型的修正。 Drude 模型將金屬理想化地視為電子氣， 而 L-D 模型則在 Drude 模型的基礎(chǔ)上考慮能帶理論，引入諧振子模型來表征帶間躍遷部分。論文在 L-D 模型基礎(chǔ)上，考慮將金屬薄膜材料的

4、表面散射和晶界散射的影響納入介電常數(shù)的修正模型，并對(duì)貴金屬（金、銀、銅）的介電常數(shù)進(jìn)行擬合，計(jì)算結(jié)果顯示在可見到近紅外區(qū)修正后的模型與金、銀實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合程度有了明顯改善?；诮嵌日{(diào)制型 SPR 傳感方法測(cè)量金和銀薄膜的介電常數(shù)?；?SPR 的金屬薄膜介電常數(shù)測(cè)量方法有雙波長(zhǎng)法、長(zhǎng)程表面等離子體共振法等。論文根據(jù)介電常數(shù)測(cè)量的精度要求和現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件，選取多波長(zhǎng)法進(jìn)行金薄膜和銀薄膜介電常數(shù)和厚度的測(cè)量。實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到金膜和銀膜在 500nm

5、~900nm 光譜范圍中選擇的 5 個(gè)波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的介電常數(shù)，并繪制介電常數(shù)譜線與已有報(bào)道的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。對(duì)比結(jié)果顯示：基于 SPR 傳感原理的金和銀的介電常數(shù)測(cè)量值和經(jīng)典實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)值在 500~900nm 光譜范圍基本一致。實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)光源特性參數(shù)對(duì)基于 SPR 傳感的測(cè)量結(jié)果會(huì)產(chǎn)生顯著影響。因此，對(duì)光源特性參數(shù)進(jìn)行建模仿真，并實(shí)驗(yàn)測(cè)定了其對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。量化了光源中心波長(zhǎng)、頻譜帶寬、光束發(fā)散角對(duì) SPR 傳感測(cè)量結(jié)果的影響，從而量