金屬微納結(jié)構(gòu)中的光熱效應(yīng)及其相關(guān)應(yīng)用.pdf

1、表面等離激元(SPP)由于具有近場光學(xué)增強與亞波長局域的特點，在光電集成、生物醫(yī)療、信息存儲、超高分辨率成像等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。光照射在金屬納米結(jié)構(gòu)上，會激發(fā)表面局域增強的SPP光場。由于金屬固有的對于光場的損耗性質(zhì)，光能在金屬納米結(jié)構(gòu)表面會轉(zhuǎn)化熱能，產(chǎn)生強烈的光熱效應(yīng)。金屬納米結(jié)構(gòu)中的光熱效應(yīng)具有眾多應(yīng)用，本論文主要討論了基于該光熱效應(yīng)實現(xiàn)金屬納米顆粒形變/轉(zhuǎn)移及光熱硅光調(diào)制器件的應(yīng)用。
　　本論文簡要介紹了對于金屬納米結(jié)

2、構(gòu)中光熱效應(yīng)的理論基礎(chǔ)，包括對入射光的散射/吸收、光熱效應(yīng)以及熱傳導(dǎo)過程。基于這些理論，可采用基于有限元方法的數(shù)值計算軟件進行金屬納米結(jié)構(gòu)在光的激發(fā)下產(chǎn)生光熱效應(yīng)過程的仿真，有助于對納米結(jié)構(gòu)進行設(shè)計優(yōu)化及對實驗現(xiàn)象進行理論解釋。
　　微納制備工藝是納米光子學(xué)領(lǐng)域的重要部分。通過理論和仿真設(shè)計的結(jié)構(gòu)需要通過實際的制備工藝變成現(xiàn)實。本論文簡要討論了人工超材料光吸收器與基于光熱效應(yīng)的光熱硅光開關(guān)制備過程，采用的工藝主要包括電子束曝光、電

3、子束/熱蒸發(fā)沉積、感應(yīng)耦合等離子刻蝕等。同時介紹了相應(yīng)的用于對納米結(jié)構(gòu)進行光學(xué)性能表征的實驗系統(tǒng)。
　　激光光致前向轉(zhuǎn)移(LIFT)是基于金屬中的光熱效應(yīng)實現(xiàn)金屬納米結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移/制備的方法。人工超材料光吸收器對于特定波長入射光具有接近100％的吸收率，進而在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生強烈的光熱效應(yīng)。利用這種高效光熱效應(yīng)，可進一步改進LIFT，大大降低對光源的需求，僅使用低工作功率（能量密度35 mJ/cm2）的納秒激光即可實現(xiàn)單次照射實現(xiàn)大量的納米

4、顆粒轉(zhuǎn)移。相比于化學(xué)生長方法，轉(zhuǎn)移的金屬納米顆粒為單晶結(jié)構(gòu)，表面沒有化學(xué)殘留。
　　利用硅波導(dǎo)中的光熱非線性效應(yīng)可實現(xiàn)光熱調(diào)制器件。將金屬-介質(zhì)層-金屬結(jié)構(gòu)的光吸收器集成到馬赫·曾德爾干涉器上，利用光吸收器受到泵浦光激發(fā)產(chǎn)生的高效光熱效應(yīng)，對硅波導(dǎo)加熱。通過改變泵浦光功率可實現(xiàn)器件輸出信號光功率的調(diào)制，相比于傳統(tǒng)光熱調(diào)制器件，該方式實現(xiàn)了全光無接觸式調(diào)制，無需制備額外的電接觸，使得器件集成度更高（＜30μm×60μm）。