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(chǎng)光學(xué)增強(qiáng)與亞波長(zhǎng)局域的特點(diǎn)，在光電集成、生物醫(yī)療、信息存儲(chǔ)、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(huì)激發(fā)表面局域增強(qiáng)的SPP光場(chǎng)。由于金屬固有的對(duì)于光場(chǎng)的損耗性質(zhì)，光能在金屬納米結(jié)構(gòu)表面會(huì)轉(zhuǎn)化熱能，產(chǎn)生強(qiáng)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(shí)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(jiǎn)要介紹了對(duì)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(duì)入射光的散射/吸收、光熱效應(yīng)以及熱傳導(dǎo)過(guò)程?；谶@些理論，可采用基于有限元方法的數(shù)值計(jì)算軟件進(jìn)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(guò)程的仿真，有助于對(duì)納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化及對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)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(guò)理論和仿真設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)需要通過(guò)實(shí)際的制備工藝變成現(xiàn)實(shí)。本論文簡(jiǎn)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(kāi)關(guān)制備過(guò)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(shí)介紹了相應(yīng)的用于對(duì)納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行光學(xué)性能表征的實(shí)驗(yàn)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(shí)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(duì)于特定波長(zhǎng)入射光具有接近100％的吸收率，進(jìn)而在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生強(qiáng)烈的光熱效應(yīng)。利用這種高效光熱效應(yīng)，可進(jìn)一步改進(jìn)LIFT，大大降低對(duì)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(shí)現(xiàn)單次照射實(shí)現(xiàn)大量的納米

4、顆粒轉(zhuǎn)移。相比于化學(xué)生長(zhǎng)方法，轉(zhuǎn)移的金屬納米顆粒為單晶結(jié)構(gòu)，表面沒(méi)有化學(xué)殘留。
　　利用硅波導(dǎo)中的光熱非線性效應(yīng)可實(shí)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?tīng)柛缮嫫魃?，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(duì)硅波導(dǎo)加熱。通過(guò)改變泵浦光功率可實(shí)現(xiàn)器件輸出信號(hào)光功率的調(diào)制，相比于傳統(tǒng)光熱調(diào)制器件，該方式實(shí)現(xiàn)了全光無(wú)接觸式調(diào)制，無(wú)需制備額外的電接觸，使得器件集成度更高（＜30μm×60μm）。