貴金屬介電常數模型的研究.pdf

1、分類號 分類號 密 級UDC 學校代碼 學校代碼 10497學 位 論 文題 目 貴金屬介電常數模型的研究 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 學位 博士 1單位名稱 武漢理工大學理學院物理系 郵編 4300701申請學位級別 碩 士 學科專業(yè)名稱 物理學 1論文提交日期 2017 年 4 月

2、論文答辯日期 2017 年 5 月 1學位授予單位 武漢理工大學 學位授予日期 2017 年 6 月 1答辯委員會主席 評閱人 教育部學位中心盲審教育部學位中心盲審2017 年 5 月指導教師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。已有的貴金屬介電常數模型，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驗值相吻合。為解決這一問題，論文從對介電常數已有模型的修正和實驗測量兩個方面較深入地研究了貴金屬金和銀薄膜的介電常數，主要工作和創(chuàng)新點包括：介電常數模型的修正。 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的修正模型，并對貴金屬（金、銀、銅）的介電常數進行擬合，計算結果顯示在可見到近紅外區(qū)修正后的模型與金、銀實驗數據吻合程度有了明顯改善?；诮嵌日{制型 SPR 傳感方法測量金和銀薄膜的介電常數?；?SPR 的金屬薄膜介電常數測量方法有雙波長法、長程表面等離子體共振法等。論文根據介電常數測量的精度要求和現有實驗條件，選取多波長法進行金薄膜和銀薄膜介電常數和厚度的測量。實驗測量得到金膜和銀膜在 500nm

5、~900nm 光譜范圍中選擇的 5 個波長對應的介電常數，并繪制介電常數譜線與已有報道的實驗數據進行對比。對比結果顯示：基于 SPR 傳感原理的金和銀的介電常數測量值和經典實驗數據值在 500~900nm 光譜范圍基本一致。實驗過程中發(fā)現光源特性參數對基于 SPR 傳感的測量結果會產生顯著影響。因此，對光源特性參數進行建模仿真，并實驗測定了其對測量結果的影響。量化了光源中心波長、頻譜帶寬、光束發(fā)散角對 SPR 傳感測量結果的影響，從而量