金屬納米結構在超寬帶電磁波中的局域增強特性及應用研究.pdf

1、隨著信息技術的進步,人們逐漸開始對越來越多的信息進行獲取和利用。傳統(tǒng)的信息獲取技術基本停留在針對遠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波長之內并且以指數(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。20世紀末出現(xiàn)的近場掃描光學顯微鏡以其突破了傳統(tǒng)衍射極限的特點給光學成像領域帶來了翻天覆地的變化。由于近場掃描光學顯微鏡的高分辨率,使得近場探

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

3、探測和表征結果。
　　本文主要對金屬納米結構在超寬帶電磁波中的局域增強特性進行研究。從產(chǎn)生機理、物理性質、激發(fā)方式等方面對表面等離子進行了詳細介紹。本文研究內容包括傳統(tǒng)金屬納米結構性能對比、模型選取、FDTD算法仿真模擬等,旨在設計在超寬帶電磁波段內具有良好局域增強特性的金屬納米結構。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的局域增強特性研究進行了基于計算機仿真計算的理論研究;并且在可見光

4、波段提出納米橢圓環(huán)結構以研究金屬納米結構在電磁波中的應用。
　　在金屬探針尖端的局域增強特性研究中,本文所提出的探針在可見光到太赫茲波段內得到了良好的局域增強效果。在各波段內均得到明顯的針尖局域增強,并且其半高全寬(FWHM)均遠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)對探針工作性能進行了進一步參數(shù)分析;并且在各波段內得到相應的結論,為新型探針的實際應用提供了參考。在對金屬納米結構的應用研究中,本文提出的橢