微納金屬復(fù)合結(jié)構(gòu)的光學(xué)特性及其應(yīng)用基礎(chǔ)研究.pdf

1、本論文的研究工作是在國家自然科學(xué)基金項目(No．10474093，90206002)和國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項目(No．2006CB302905)的資助下完成的。主要研究了微納金屬復(fù)合結(jié)構(gòu)的光學(xué)特性及其應(yīng)用基礎(chǔ)：將局域表面等離子體共振效應(yīng)fLocalized Surface Plasmons Resonance，LSPR)引入到聚合物光子學(xué)中，利用LSPR的局域場增強效應(yīng)來提高聚合物材料的光學(xué)性能；研究了這種金屬納米顆粒復(fù)合聚合物材料

2、的光學(xué)特性及其在聚合物光子器件上的應(yīng)用；研究了有序微納金屬復(fù)合陣列結(jié)構(gòu)的光學(xué)特性及其在光傳感、偏振光學(xué)元件、表面拉曼散射增強等方面的應(yīng)用。 本論文的研究工作和成果如下： 1．利用近場掃描光學(xué)顯微鏡(Scanning Near-field Optical Microscopy，SNOM)在偶氮聚合物薄膜表面成功的記錄了突破光學(xué)衍射極限的記錄點。分析了輻照時間對記錄點大小的影響，利用梯度力理論解釋了記錄點形成機(jī)理。在記錄光波

3、長為457nm情形下，獲得的最小記錄點直徑為120nm。最后提出了一種全光寫讀近場光存儲方案。 2．研究了摻雜銀納米顆粒對于偶氮聚合物薄膜近遠(yuǎn)場光學(xué)特性的影響。利用SNOM觀測到聚集在偶氮表面的納米銀顆粒的透射增強現(xiàn)象，分析了這種透射增強效應(yīng)是由于激發(fā)了納米銀顆粒的局域表面等離子體(LocalizedSurface Plasmons，LSPs)。遠(yuǎn)場的實驗結(jié)果表明一定濃度納米銀顆粒的存在可以有效提高偶氮分子的光致取向速度，但是濃

4、度過大取向的速度反而降低。實驗結(jié)果有利于發(fā)展快速光存儲和光開關(guān)材料。 3．研究了摻雜銀納米顆粒的染料聚合物薄膜的光學(xué)特性。利用θ-2θ棱鏡耦合儀測量了這種薄膜的厚度和折射率，這種薄膜可以作為一種光學(xué)性能增強的聚合物平面波導(dǎo)。測量了不同納米銀濃度情況下的熒光強度，實驗結(jié)果證明一定濃度銀顆粒的存在可以有效增強這種聚合物波導(dǎo)的熒光強度，本實驗中最大的熒光增強因子為3.8。實驗結(jié)果對于發(fā)展聚合物波導(dǎo)放大器或激光器有一定的借鑒意義。

5、 4．利用數(shù)值模擬方法研究了不同材料制作的亞波長金屬光柵在可見光波段的偏振特性。重點研究了金光柵、鋁光柵和一種新型的金鋁復(fù)合雙層光柵。分析了光柵結(jié)構(gòu)參數(shù)對光柵偏振分束能力的影響。對于新型的金鋁雙層光柵，對不同波長不同偏振光的透射率反射率可以通過調(diào)節(jié)金鋁的厚度比例來調(diào)節(jié)。該研究工作對于發(fā)展設(shè)計新型的光學(xué)偏振元件有一定的參考意義。提出了一種H型的復(fù)合金屬光柵表面等離子體共振(Surface PlasmonsResonance，SPR)傳感

6、器。利用數(shù)值模擬方法分析了結(jié)構(gòu)參數(shù)對于SPR共振曲線的振幅、曲線寬度以及共振角位移的影響。 5．闡述了周期性金屬微納結(jié)構(gòu)的基本光學(xué)特性及其應(yīng)用，實驗研究了不同周期金孔徑陣列結(jié)構(gòu)在表面拉曼散射增強效應(yīng)中的應(yīng)用。 本論文的創(chuàng)新點主要包括： 1．將金屬納米顆粒的LSPR效應(yīng)引入到聚合物光子學(xué)中，利用金屬納米顆粒LSPs局域場增強效應(yīng)提高聚合物材料的光學(xué)性能。首次研究了銀納米顆粒對偶氮光致取向速度的影響，并觀察到偶氮表面