金屬納米結(jié)構(gòu)在超寬帶電磁波中的局域增強(qiáng)特性及應(yīng)用研究.pdf

1、隨著信息技術(shù)的進(jìn)步,人們逐漸開始對越來越多的信息進(jìn)行獲取和利用。傳統(tǒng)的信息獲取技術(shù)基本停留在針對遠(yuǎn)場低頻信號的提取上。對于包含了更豐富信息的近場信號,由于其僅存在于物體表面的一個(gè)波長之內(nèi)并且以指數(shù)形式快速消逝,因此對于近場信號的獲取存在諸多障礙。伴隨制造工藝的飛速發(fā)展,納米器件也逐步成為研究熱點(diǎn)。20世紀(jì)末出現(xiàn)的近場掃描光學(xué)顯微鏡以其突破了傳統(tǒng)衍射極限的特點(diǎn)給光學(xué)成像領(lǐng)域帶來了翻天覆地的變化。由于近場掃描光學(xué)顯微鏡的高分辨率,使得近場探

2、測和近場成像在納米器件、醫(yī)學(xué)傳感、生命科學(xué)等領(lǐng)域取得了飛躍式的進(jìn)步。
　　太赫茲波以其獨(dú)特的特性在電磁波譜中占據(jù)有重要的席位。太赫茲波具有物質(zhì)光譜信息豐富、穿透性強(qiáng)、能量低等優(yōu)點(diǎn)。鑒于太赫茲波具有許多優(yōu)點(diǎn),它是物質(zhì)檢測、醫(yī)療成像、生物傳感等應(yīng)用的理想光源。但是由于諸多物質(zhì)尤其是金屬在太赫茲波內(nèi)呈現(xiàn)出特殊的性質(zhì),導(dǎo)致太赫茲波未被充分利用。將太赫茲波源與近場掃描光學(xué)顯微鏡相結(jié)合是大膽的嘗試和挑戰(zhàn),由此希望達(dá)到低損傷、高效率、高分辨率的

3、探測和表征結(jié)果。
　　本文主要對金屬納米結(jié)構(gòu)在超寬帶電磁波中的局域增強(qiáng)特性進(jìn)行研究。從產(chǎn)生機(jī)理、物理性質(zhì)、激發(fā)方式等方面對表面等離子進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本文研究內(nèi)容包括傳統(tǒng)金屬納米結(jié)構(gòu)性能對比、模型選取、FDTD算法仿真模擬等,旨在設(shè)計(jì)在超寬帶電磁波段內(nèi)具有良好局域增強(qiáng)特性的金屬納米結(jié)構(gòu)。受限于納米制造工藝和太赫茲波源,本文對金屬探針在可見光到太赫茲波的超寬帶電磁波段內(nèi)的局域增強(qiáng)特性研究進(jìn)行了基于計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算的理論研究;并且在可見光

4、波段提出納米橢圓環(huán)結(jié)構(gòu)以研究金屬納米結(jié)構(gòu)在電磁波中的應(yīng)用。
　　在金屬探針尖端的局域增強(qiáng)特性研究中,本文所提出的探針在可見光到太赫茲波段內(nèi)得到了良好的局域增強(qiáng)效果。在各波段內(nèi)均得到明顯的針尖局域增強(qiáng),并且其半高全寬(FWHM)均遠(yuǎn)小于該波長的衍射極限。從探針錐角、探針高度、探針前端球半徑等參數(shù)對探針工作性能進(jìn)行了進(jìn)一步參數(shù)分析;并且在各波段內(nèi)得到相應(yīng)的結(jié)論,為新型探針的實(shí)際應(yīng)用提供了參考。在對金屬納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)用研究中,本文提出的橢