表面等离激元增益介质的初步探索及金属光栅表面TE偏振光谐振效应

摘要

表面等离激元(Surface Plasmon，SP)是金属-介质界面处的自由电子在高频电磁波（如光波）耦合作用下集体谐振的一种电子密度波。它具有强烈的局域电磁场增强、突破衍射极限、亚波长局域化等一系列出色的特点，引起了研究者对它的高度关注。但是由于金属本征吸收的存在和激发方式的限制，阻碍了了表面等离激元器件的发展。针对于此，本文主要对以下两个方面进行了一些探索和研究。
　　首先，我们通过溶胶凝胶方法探索制备掺铒二氧化硅薄膜的工艺，以期将其作为补偿等离激元器件损耗的一种增益材料。针对加入不同量比的异丙醇(IPA)溶液，我们分别对成膜质量，成膜厚度和简单的光致发光效率进行了研究，同时对不同衬底下掺铒二氧化硅薄膜的发光进行了比较。发现加入异丙醇的量对最后的成膜厚度有一定影响，加入量越多，成膜厚度越薄。同时加入量过少，成膜质量较差（可能出现裂痕），发光效率也会受到影响。同时我们借鉴反射谱测量薄膜厚度的方法，利用程序法实现了对掺铒二氧化硅薄膜厚度和折射率的测量，具有一定的信服力。最后我们还探索了制备光波导中的光刻工艺和热氧化工艺，探索了1μm线条的最佳光刻条件，同时探究了热氧化厚度和时间的关系。
　　其次，针对TE偏振光即横向电场偏振光无法与金属表面发生相互作用的限制，我们在金属光栅表面引入一层介质，让TE偏振光在改造表面两边的磁场分量不连续，从而TE偏振光可以与金属光栅结构相互作用。我们通过研究金属光栅表面的共振效应，发现它的共振符合布洛赫波的特性并且受耦合相位匹配的限制只存在偶数阶的模式，同时通过调整光栅尺寸，发现在槽尺寸较大的情况下，除了布洛赫波共振还会激发局域腔模式共振，导致出现一个新的吸收峰。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 表面等离激元概述

1．2 表面等离激元基本性质

1．2．1 表面等离激元

1．2．2 表面等离激元的基本性质

1．3 表面等离激元损耗补偿研究现状

1．4 本论文的研究内容和安排

1．4．1 论文的研究内容

1．4．2 本论文结构

参考文献

第2章 硅表面掺铒氧化硅薄膜的制备及相关波导的工艺探索

2．1 硅表面掺铒氧化硅薄膜的制备工艺及光学性质

2．1．1 研究背景

2．1．2 铒元素的光谱理论

2．1．3 掺铒氧化硅薄膜的溶胶凝胶法制备工艺

2．1．4 掺铒二氧化硅薄膜工艺和光学性质的初步研究和探索

2．1．5 通过反射谱方法测量薄膜厚度和折射率

2．2 等离激元光波导工艺的探索

2．2．1 微纳加工工艺简介

2．2．2 微纳加工工艺的探索

2．3 后续工作研究

2．4 本章小结

参考文献

第3章 覆盖介质层的金属光栅对TE偏振光的共振吸收

3．1 背景介绍

3．2 研究结构和现象

3．3 分析和讨论

3．3．1 MDA层的基模

3．3．2 共振模式的特性和它的激发条件

3．3．3 结构尺寸和入射角度的影响

3．4 光栅结构的影响

3．5 本章小结

参考文献

第4章 总结和展望

攻读学位期间发表的论文

致谢