磁光周期納米光學(xué)結(jié)構(gòu)研究

發(fā)布時(shí)間：2020-09-10 20:13

　　磁光效應(yīng)廣泛應(yīng)用于磁光調(diào)制器、磁光隔離器、磁光傳感器等。隨著不斷革新的納米技術(shù),人們發(fā)現(xiàn)利用磁光材料和亞波長微結(jié)構(gòu)的結(jié)合可以得到許多新穎的特性與功能。一方面采用這些結(jié)構(gòu),可以實(shí)現(xiàn)磁場對器件光學(xué)性能的新的調(diào)控方式,另一方面結(jié)構(gòu)中的共振造成的電磁場增強(qiáng)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)磁光性能得到了很大的提高。因此有必要對磁光周期納米光學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入研究。本文首先研究了磁光材料與貴金屬周期納米結(jié)構(gòu)所組成的磁光表面等離子體共振(MOSPR)器件。目前的MOSPR器件主要采用鐵磁金屬材料,損耗高,將其應(yīng)用于折射率傳感,存在器件優(yōu)值低的問題。針對這一問題,本文提出了一種基于介質(zhì)磁光材料的MOSPR傳感器,其中,介質(zhì)磁性材料薄膜為摻鈰的釔鐵石榴石(Ce:YIG)。Ce:YIG薄膜材料在可見光及近紅外波段有著較低的光學(xué)損耗,并且具有較高的磁光效應(yīng)。通過構(gòu)建Au周期納米盤,Ce:YIG薄膜和TiN薄膜三層結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)Au納米盤局域型表面等離激元和TiN-Ce:YIG界面?zhèn)鞑バ捅砻娴入x激元共振耦合,可顯著降低局域等離激元諧振的散射損耗,并實(shí)現(xiàn)磁光效應(yīng)的顯著增強(qiáng)。其橫向磁光克爾信號(Transverse Magneto-Optical Kerr Effect,TMOKE)的絕對值達(dá)到0.21。應(yīng)用這一器件制備傳感器,使用磁光氧化物的強(qiáng)磁光效應(yīng),可以顯著提高LSPR傳感器的品質(zhì)因數(shù),基于TMOKE譜進(jìn)行折射率傳感,器件品質(zhì)因數(shù)達(dá)2200 RIU~(-1),相比于傳統(tǒng)LSPR器件(≤108 RIU~(-1))提高了20倍以上。其次研究了全介質(zhì)磁光周期納米光學(xué)結(jié)構(gòu)。由于金屬材料的色散吸收和能量損耗,難以實(shí)現(xiàn)高Q值的共振�；诟呓殡姵�(shù)全介質(zhì)超材料的Mie諧振可以有效地解決這個(gè)問題。本文采用聚苯乙烯納米球光刻技術(shù)、脈沖激光沉積技術(shù),通過剝離工藝得到大面積的六角周期YIG/Ce:YIG納米孔結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)周期為1μm,納米孔直徑600~800 nm。該全介質(zhì)光柵結(jié)構(gòu)的透射譜相比于連續(xù)膜出現(xiàn)了明顯的電共振和磁共振峰。這種結(jié)構(gòu)具有增強(qiáng)的磁光效應(yīng),在光隔離器、磁光傳感器等器件中具有潛在的應(yīng)用。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：O43;TB383.1
【部分圖文】：