SiC表面声子极化激元的激发及其光学特性研究

论文摘要

近年来,表面等离极化激元（SPPs）的研究如火如荼,已经发展成为一门新兴的学科—等离激元学。但电子的固有光学损耗对金属（如金、银、铜）SPPs的寿命有天然的限制,金属SPPs的研究及应用主要集中在紫外至近红外波段。不同于SPPs地是,表面声子极化激元（SPhPs）是极性电介质内的声子在外电场作用下的集体振荡模式,它继承了声子的优良特性,如损耗小、寿命长、Q因子高等优点。SPhPs的激发是在极性材料上实现的,常见的极性材料有SiC、GaN、GaAs、和SiO2。这些材料在长波长范围内存在Reststrahlen全反带（横向光学声子和纵向光学声子之间的频率范围）。SPhPs在中、远红外波段的传感器、光声探测、热辐射源、表面光谱增强及强耦合研究等领域有广泛的应用价值。本文主要研究内容是在SiC和α-SiO2表面使用刻蚀工艺制备了一维光栅结构,在中红外波段成功实现了SPhPs的激发,我们系统地研究了光栅结构参数、微纳结构形貌对SPhPs的光学特性如Q因子影响。具体研究工作如下:1)利用光刻技术、磁控溅射技术、剥离技术及刻蚀技术,在极性材料SiC和α-SiO2表面上制备一维光栅结构,成功地实现了SPhPs的激发。通过CST仿真计算分析了SPhPs来源。2)通过改变SiC一维光栅结构的周期、深度、光栅沟道宽度、光入射角及介质层厚度研究了SPhPs的光学响应特性,获得了实现高Q因子的SPhPs的优化条件。进一步地,我们利用了高Q模式的SPhP对入射环境的敏感性,指出其在红外纳米尺制备中的前景。3)通过改变α-SiO2一维光栅结构的周期、光入射角研究了SPhPs的光学特性,并且得到了高Q因子的SPhPs模式。4)制备了不同二维形状的SiC结构,通过改变结构形状、深度、周期、光入射角对SPhPs的光学特性进行研究,并且得到了激发模式的高Q因子。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 电介质与金属界面的表面电磁波
•     1.2.1 表面等离极化激元
•     1.2.2 表面等离子体
•     1.2.3 局域表面等离激元
•   1.3 表面声子极化激元
•   1.4 极性材料的光学特性
•     1.4.1 SiC的光学特性
• 2的光学特性'>    1.4.2 α-SiO₂的光学特性
•   1.5 本论文的提出和研究内容
•     1.5.1 问题的提出
•     1.5.2 研究内容
• 第二章 实验制备及模拟验证
•   2.1 实验过程及内容
•   2.2 模拟计算验证
•   2.3 本章小结
• 第三章 一维光栅结构对SPhPs的影响研究
•   3.1 SiC一维光栅结构对SPhPs的影响
•     3.1.1 光栅周期
•     3.1.2 光栅深度
•     3.1.3 光栅低谷宽度
•     3.1.4 光入射角
•     3.1.5 介质厚度
• 2一维光栅结构对SPhP的影响'>  3.2 α-SiO₂一维光栅结构对SPhP的影响
•     3.2.1 光栅周期
•     3.2.2 光入射角
•   3.3 本章小结
• 第四章 SiC二维形状结构对SPhPs的影响研究
•   4.1 不同形状结构对SPhP的影响
•   4.2 不同周期对SPhP的影响
•   4.3 不同角度对SPhP的影响
•   4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
•   5.1 总结
•   5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间的研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 买尔旦·吐合达洪（merdan tuhtasun）

导师: 石旺舟,刘锋,康帅

关键词: 表面声子极化激元,中红外波段,碳化硅,因子

来源: 上海师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 上海师范大学

分类号: O482.3

总页数: 58

文件大小: 4160K

下载量: 137