【摘要】：光學表面波是一種應用非常廣泛的電磁波,通常被應用于集成光路、古斯·漢森位移增強、二次諧波、高靈敏度傳感器、熒光增強等領域。前人已經通過制備一維浮雕型金屬光柵來激發(fā)光子晶體表面波,但是這種結構存在兩大缺點,是金屬對入射光的吸收較大導致損耗多,二是浮雕型結構的設計單一光學性能受限。為了克服這兩大缺點,我們在此基礎上設計了填充型介電光柵。本文基于嚴格耦合波理論模型,研究了介電超晶格填充型復合介電納米周期光柵結構的表面波光學特性及其制備方法,通過優(yōu)化的光柵材料與結構來激發(fā)介電超晶格結構的表面波,并借助該復合結構的相應結構參數的調整與優(yōu)化,以達到改善表面波性能及其對應的光子晶體禁帶中透射光譜性能的目標。研究工作主要分為結構設計/軟件模擬和樣品的實驗制備與表征測試等部分,主要研究成果如下：理論與實驗兩方面研究了介電超晶格(光子晶體)中非輻射性光學表面波的產生及其特性,并創(chuàng)新性地探討了填充型介電納米光柵結構對該表面波的激發(fā)與耦合機制：依據導模共振的嚴格耦合波理論模型與分析方法,以輻射型光學表面波的具體應用為目的,設計并優(yōu)化了具有重大應用價值的介電超晶格／填充型介電納米周期光柵復合結構；借助相關模擬軟件,從介電超晶格結構帶隙中所出現的異常透射峰及其光譜特性與相應場分布,探討了該復合結構中材料與多種結構參數對表面波的特性及其激發(fā)耦合的影響關系,發(fā)現該結構中的材料(包括超晶格與填充型光柵)與超晶格周期數、介電光柵的周期、光柵高度、光柵占空比等結構參數,對超窄透射峰的光譜有重要影響；通過大量的有針對性的材料與結構參數優(yōu)化工作,獲得了具有重大應用價值的可激發(fā)與耦合優(yōu)異性能光學表面波的介電超晶格／納米填充光柵復合結構；通過新穎和可靠的實驗流程,即基于復合模板納米壓印技術與工藝,并結合電子束蒸發(fā)鍍膜、高密度等離子體反應離子刻蝕、舉離等工藝與實驗手段,成功設計并制備了符合要求的介電超晶格／納米填充光柵復合結構；經過對實驗樣品進行表征測試,獲得了較理想的結構與相關性能指標。
[Abstract]:Optical surface wave is a widely used electromagnetic wave, which is usually used in the fields of integrated optical path, Gus Hansen displacement enhancement, second harmonic, high sensitivity sensor, fluorescence enhancement and so on. Previous researchers have produced one-dimensional relief metal gratings to excite the surface waves of photonic crystals. However, there are two major disadvantages in this structure, that is, the large absorption of incident light by metals leads to more loss. Second, the design of relief structure is limited by single optical performance. In order to overcome these two shortcomings, we design a filled dielectric grating. Based on the strictly coupled wave theory model, the surface wave optical properties and fabrication methods of dielectric superlattice filled composite dielectric nanocrystalline grating structures are studied in this paper. The surface wave of the dielectric superlattice structure is excited by the optimized grating material and structure, and the corresponding structural parameters of the composite structure are adjusted and optimized. In order to improve the surface wave performance and the corresponding photonic crystal band gap in the transmission spectrum performance. The research work is mainly divided into structural design / software simulation and sample preparation and characterization testing. The main results are as follows: the generation and properties of non-radiative optical surface waves in dielectric superlattices (photonic crystals) are studied theoretically and experimentally. The excitation and coupling mechanism of filled dielectric nanocrystalline grating on the surface wave is discussed innovatively. According to the theoretical model and analytical method of strictly coupled wave of guided mode resonance, the purpose of this paper is to apply the radiation type optical surface wave. The composite structure of dielectric superlattice / filled dielectric nanocrystalline periodic grating with great application value is designed and optimized. Based on the anomalous transmission peaks in the band gap of dielectric superlattices and their spectral characteristics and corresponding field distributions, the influence of material and various structural parameters on the surface wave characteristics and excitation coupling in the composite structure is discussed. It is found that the materials (including superlattice and filled grating) and the number of superlattice periods, the period of dielectric grating, the grating height, the duty cycle of the grating have important effects on the spectrum of the ultra-narrow transmission peak. Through a large number of targeted material and structural parameters optimization work, a dielectric superlattice / nanometer-filled grating composite structure, which can excite and couple excellent optical surface waves with great application value, has been obtained. Through a novel and reliable experimental process, which is based on composite template nano-imprint technology and technology, combined with electron beam evaporation coating, high-density plasma reactive ion etching, lifting and other technology and experimental means. The composite structure of dielectric superlattice / nano-filled grating has been successfully designed and fabricated, and the ideal structure and related properties have been obtained through the characterization and test of the experimental samples.
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O441.4

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本文編號：2283450