周期性極化光電濾波器及金納米顆粒光傳感器設(shè)計.pdf

1、可調(diào)諧光濾波器作為光通信系統(tǒng)中的重要組件，被廣泛應用于光信號的復用與解復用、分插復用、色散補償?shù)?。尤其，可調(diào)諧的多波長光濾波器以其巨大的靈活性而備受關(guān)注。本論文結(jié)合課題來源，仿真設(shè)計了一種用于波分復用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的電光可調(diào)諧多波長濾波器。
　　隨著現(xiàn)代微納結(jié)構(gòu)制作工藝的日漸進步，金屬納米結(jié)構(gòu)的局部表面等離激元共振已成為金屬光學的研究熱點。由于其獨特的光學特性，金屬納米結(jié)構(gòu)在光波導、生物化學傳感器、光天線、光耦合器等光器件中具有重要的應

2、用前景，能夠大大提高光器件的集成度和微型化。本論文結(jié)合課題來源，對不同金屬納米結(jié)構(gòu)的光學特性及其生物細胞傳感應用進行仿真設(shè)計與實驗研究。
　　論文的主要工作及創(chuàng)新點如下：
　　1.仿真設(shè)計了一種電光可調(diào)諧多波長濾波器?；趚切y傳的鈦擴散鈮酸鋰波導，分立電壓驅(qū)動交替級聯(lián)的叉指電極組和相移電極控制準TE模和TM模的偏振轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)濾波波長的可調(diào)諧性。將電學中有限脈沖響應數(shù)字濾波器的設(shè)計算法應用于電光濾波網(wǎng)絡(luò)中，通過傳輸矩陣在z域

3、中的表示及求解得到控制電壓的取值。僅通過改變各級電極的驅(qū)動電壓，濾波器不僅可以得到自由光譜范圍內(nèi)波長可調(diào)諧的帶通濾波，而且可以得到非對稱分布的多個窄帶濾波。
　　2.系統(tǒng)的研究了金屬納米結(jié)構(gòu)的局部表面等離激元共振特性。仿真分析了納米結(jié)構(gòu)的材料、大小、結(jié)構(gòu)、排布對其消光特性的影響。并在此基礎(chǔ)上，設(shè)計了金納米棒多聚體結(jié)構(gòu)，并對其在可見光和近紅外波段Fano共振實現(xiàn)機理與特性進行仿真和研究。在外加電場平行于納米棒短軸時，長度對稱的金納米

4、棒二聚體和三聚體（邊對邊分布）可實現(xiàn)Fano共振；而長度相同且間隔不等分布的納米棒三聚體可實現(xiàn)雙Fano共振。仿真分析發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)ano共振來源于納米棒局部表面等離激元共振模式的近場耦合，從而能夠大大增強局部電場強度，提高傳感靈敏度。仿真證明，本論文中設(shè)計的納米棒多聚體的共振帶寬僅為50 nm，且共振品質(zhì)因數(shù)可達到20。
　　3.基于納米球刻蝕工藝，通過不同大小的聚苯乙烯納米球在金膜表面的自組裝，形成的單層膜為模板，利用反應離子刻蝕法

5、，實驗制備了以玻璃為基底的直徑分別為60 nm和500 nm的納米金柱陣列。
　　4.將制備的玻璃基底上直徑為60 nm和500 nm的納米金柱陣列用于視網(wǎng)膜色素上皮細胞（RPE-1）和乳腺癌細胞（MCF-7）的細胞濃度的檢測，濃度檢測范圍寬，可達~104-106 cells/ml。對比了兩種細胞的形態(tài)（對應于介質(zhì)環(huán)境變化）對其濃度檢測結(jié)果的影響，同時，也對比了金柱的尺寸（對應于電場倏逝長度）對細胞濃度檢測結(jié)果的影響。該實驗研究可

6、用于特定細胞檢測時納米顆粒大小的匹配選擇及優(yōu)化。
　　5.仿真設(shè)計并實驗制備了基于金納米薄膜的直徑為90 nm、平均周期為160 nm的二氧化硅\金納米柱陣列，利用納米柱的局部表面等離激元共振模式與金薄膜的表面等離激元極化模式的耦合，不僅能夠增強局部電場強度從而提高細胞檢測靈敏度，并且能夠進行細胞的多波長檢測。利用該納米柱陣列進行乳腺癌細胞MCF-7的濃度檢測，其檢測的最低濃度為2.14×103 cells/ml，低于上述的基于玻