金屬納米結(jié)構(gòu)的光學(xué)特性及其氧氣傳感研究.pdf

1、表面等離激元（surface plasmons,SPs）是一種存在金屬與介質(zhì)分界面的倏逝波。倏逝波的產(chǎn)生是需要特定頻率的入射電磁波照射到金屬表面，特定頻率的電磁波與金屬表面自由電子產(chǎn)生共振耦合。這種波一般來(lái)說(shuō)在空間上存在的范圍很小，所以通常是以納米量級(jí)來(lái)描述它的產(chǎn)生和傳播。正是由于這種表面共振效應(yīng)使得它會(huì)產(chǎn)生很多不同與傳統(tǒng)光學(xué)范疇內(nèi)的現(xiàn)象。例如，異常光透射現(xiàn)象、Fano共振、表面增強(qiáng)拉曼散射、金屬熒光增強(qiáng)效應(yīng)等。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，我們

2、能夠發(fā)現(xiàn)更多的這種新奇光學(xué)現(xiàn)象。將這些光學(xué)特性應(yīng)用在光電子器件領(lǐng)域，能夠使光電子器件達(dá)到更微型化。本文主要是研究光在通過(guò)金屬納米結(jié)構(gòu)時(shí)發(fā)生的異常現(xiàn)象，最后將其利用在傳感領(lǐng)域。
　　我們通過(guò)時(shí)域有限差分法進(jìn)行理論計(jì)算，再通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)金屬納米結(jié)構(gòu)光學(xué)調(diào)控進(jìn)行分析驗(yàn)證，最后將這些異常光學(xué)性質(zhì)運(yùn)用到氧氣傳感上。本文的主要研究工作如下：
　　1.設(shè)計(jì)了一種等離激元晶體-金屬-等離激元晶體的新型結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)具有兩層非密排的等離激元晶體夾著

3、金屬納米層，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)金屬膜層結(jié)構(gòu)的光學(xué)穿透特性的增強(qiáng)。通過(guò)改變等離激元晶體的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括尺寸和與金屬納米層之間的距離等可以實(shí)現(xiàn)對(duì)該結(jié)構(gòu)的光學(xué)調(diào)控。這種新型的金屬膜層高光透射響應(yīng)在新型透明金屬、金屬電極、傳感領(lǐng)域都具有潛在的廣泛應(yīng)用。
　　2.實(shí)驗(yàn)上，通過(guò)熱退火處理的方法改變組成金屬納米薄膜結(jié)構(gòu)的金屬納米顆粒分布，從密排型變成離散型。經(jīng)過(guò)在實(shí)驗(yàn)光譜的測(cè)量，發(fā)現(xiàn)這種處理能夠改變金屬納米結(jié)構(gòu)的透射和對(duì)熒光材料的光致發(fā)光具有調(diào)控特性。通