光學(xué)導(dǎo)波納米線及其傳感應(yīng)用.pdf

1、將光纖技術(shù)與納米技術(shù)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)尺寸更小、性能更佳、集成度更高的納米光子學(xué)器件，是當(dāng)前納米光子學(xué)領(lǐng)域研究的一大熱點(diǎn)。本論文著眼于光學(xué)納米線的獨(dú)特性質(zhì)，研究制備新型納米線，發(fā)現(xiàn)其新的物理現(xiàn)象和效應(yīng)，并將其應(yīng)用于新的微納光子器件中，從而為解決科學(xué)和技術(shù)中的難題提供新的思路。
　　 在本工作的第一部分，研究了光學(xué)納米線的導(dǎo)波光學(xué)特性。首先通過激發(fā)光光直接照射法和導(dǎo)波激發(fā)法兩種作用方式的比較，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)波激發(fā)法可以使光與納米線的作用大大增

2、強(qiáng)。然后研究了光在光學(xué)單納米線里面?zhèn)鬏敃r的一些獨(dú)特的光學(xué)特性，如大范圍的倏逝場調(diào)控能力，很高的空間分辨率，模式偏振的調(diào)控能力及異常波導(dǎo)色散和表面增強(qiáng)效應(yīng)等特性，并指出這些特性在傳感等領(lǐng)域中的潛在應(yīng)用。
　　 本文第二部分研究了高分子納米線及其氣體傳感應(yīng)用。首先從高分子溶液中拉制出低損耗的高分子納米線，并研究了其導(dǎo)波光學(xué)特性。然后研究了摻有熒光染料的納米線的光學(xué)特性，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)波激發(fā)能使納米線的發(fā)光強(qiáng)度提高幾個數(shù)量級。最后利用高分子納

3、米線搭建了光學(xué)氣體傳感器。在這個傳感器中，利用一根拉錐微納光纖通過倏逝波耦合將信號光輸入高分子納米線，并用另一根拉錐微納光纖耦合輸出，從而形成傳輸光信號變化的光學(xué)氣體傳感器。該傳感器具有響應(yīng)速度快、靈敏度高、小型化和結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)。如單根溴百里香酚藍(lán)摻雜的PMMA納米線可以檢測到ppm量級的NH3，響應(yīng)速度比傳統(tǒng)薄膜傳感器快1～2個數(shù)量級。另外，還使用雙波長檢測技術(shù)，在單根PANI/PS納米線上實(shí)現(xiàn)了氨氣和濕度的選擇性檢測。
　　

4、 在本文第三部分，通過納米壓印技術(shù)制備了高分子微納光纖布拉格光柵。該制備方法簡單高效，成本低，適宜于大批量生產(chǎn)。利用壓印的PMMA光纖光柵進(jìn)行了應(yīng)變傳感，發(fā)現(xiàn)比傳統(tǒng)二氧化硅光纖光柵的靈敏度高。同時，還對應(yīng)力傳感中的布拉格波長藍(lán)移現(xiàn)象作了定性的解釋。
　　 在本文第四部分將光通過倏逝波耦合法輸入到半導(dǎo)體納米線里，研究納米線的光電導(dǎo)效應(yīng)。發(fā)現(xiàn)相對于體材料來說，半導(dǎo)體納米線中的非本征光電導(dǎo)效應(yīng)得到很大的增強(qiáng)。同時當(dāng)入射光波長增加時，

5、發(fā)現(xiàn)了負(fù)光電導(dǎo)效應(yīng)和光電導(dǎo)淬滅效應(yīng)。通過研究光電導(dǎo)與輸入光功率的關(guān)系和時間響應(yīng)特性，對這些非本征光電導(dǎo)效應(yīng)做了定性分析和解釋。最后從昆蟲小眼的光檢測結(jié)構(gòu)中受到啟發(fā)，利用在高溫生長過程中移動蒸發(fā)源的方法，制備了類仿生結(jié)構(gòu)的帶隙梯度聯(lián)系變化的CdSSe納米線?；诒菊鞴怆妼?dǎo)效應(yīng)和光電導(dǎo)淬滅效應(yīng)，在這些帶隙梯度變化的CdSSe納米線中實(shí)現(xiàn)了從可見到近紅外區(qū)的寬光譜響應(yīng)。
　　 在本文第五部分，提出用一維金屬納米線來制備表面等離激元(S

6、PP)型傳感器。首先對比了介質(zhì)納米線和金屬納米線中導(dǎo)波特性，指出了SPP型傳感器的高靈敏和快響應(yīng)潛在優(yōu)勢。然后把銀納米線放在對濕度敏感的PAM薄膜上，發(fā)現(xiàn)銀納米線對外界濕度的響應(yīng)時間在幾個ms量級，比PAM納米線對濕度的響應(yīng)快1到2個數(shù)量級。接著利用表面鍍有鈀膜的金納米線來對氫氣進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)金納米線中1530nm探測光的透過率變化達(dá)到13 dB，大大高于目前報道的基于鈀的光學(xué)傳感器的結(jié)果。最后研究了單晶的鈀納米線對氫氣的響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)鈀納