表面金屬微結構的光學制備及其應用研究.pdf

1、表面等離子體激元是局域在金屬表面的一種自由電子和光子相互作用形成的混合激發(fā)模式。在這種相互作用中，自由電子與一定頻率的入射光波發(fā)生共振效應，并展現(xiàn)出很多獨特的性質。表面等離子體激元為發(fā)展新型的光學器件、寬帶通信系統(tǒng)、高靈敏傳感器以及集成光子回路等提供了可能。目前SPP已經成為光學、納米集成光子學的熱點研究領域。表面金屬微結構是表面等離子體激元激發(fā)和傳播的必要條件和載體，通過改變金屬表面的結構，可以對表面等離子體激元的性質進行有效的調控，

2、因此表面金屬微結構的制備在表面等離子體激元光學中就顯得格外的重要了。
　　 雖然目前制備表面金屬微結構的方法很多，但是大多數方法都需要貴重的精密儀器、苛刻的環(huán)境和復雜的工藝。本論文突破傳統(tǒng)的制備工藝，利用兩種簡單、新穎的光學方法制備了表面金屬微結構，為發(fā)展新型的金屬微結構制備工藝提供了新的選擇，具有重要的借鑒意義。本論文的主要研究內容及結果包括以下幾個部分：
　　 第一，利用光誘導鈮酸鋰晶體形成的強表面空間電荷場，成功對

3、金屬和非金屬微納顆粒實現(xiàn)了俘獲和操控，首次在晶體表面制備出金屬顆粒光柵結構。首先利用電泳效應在晶體表面制備了碳粉和鋁粉顆粒光柵，其顆粒光柵周期和入射光的干涉周期一致；其次，利用介電泳效應在晶體表面制備了粉筆末和銀粉顆粒光柵結構，在一個光折變光柵周期內，其顆粒光柵有兩個略有不同的顆粒周期，并且我們對顆粒在電場下受到的介電泳力進行了理論分析；最后，我們研究了金屬銀顆粒在摻雜較多的晶體表面的動態(tài)變化，首次發(fā)現(xiàn)了在銀顆粒光柵的形成過程中存在介電

4、泳效應到電泳效應的轉化。
　　 第二，利用激光誘導化學沉積的方法，在玻璃基底上成功制備了多形貌的銀納米顆粒薄膜，同時利用雙光束干涉的方法制備了亞微米周期的表面褶皺銀顆粒光柵結構。首先，研究了聚焦的激光束誘導銀納米顆粒薄膜的情形。聚焦激光束制備的銀納米顆粒薄膜是由大量團聚的銀納米顆粒緊密堆積而成的；其次，研究了激光非聚焦條件下入射激光的功率密度、輻照的時間等對銀膜的形成的影響。在一定的條件下，不僅可以制備球形銀納米顆粒薄膜，還可以

5、制備三角形銀納米顆粒薄膜；再次，我們研究了激光的偏振對銀膜沉積的影響，它可以影響銀納米顆粒的形狀、生長取向等；最后，將雙光束干涉方法應用到激光誘導化學沉積中，制備了表面褶皺銀顆粒光柵結構。
　　 第三，研究了表面金屬微結構在表面等離子體激元中的應用。首先，對不同參數下表面等離子體激元的特性進行了研究；其次，討論了銀膜的硫化對表面等離子體激元激發(fā)的影響。隨著銀膜硫化程度的增加，表面等離子體共振激發(fā)角度將會增大，并且激發(fā)效率下降；最