角度不敏感等離子激元顏色濾波器理論及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、表面等離子激元由于其對(duì)納米尺度光場(chǎng)突出的調(diào)控能力，在現(xiàn)代科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。在圖像傳感器、顯示器、數(shù)碼攝像、投影等領(lǐng)域，基于周期性金屬納米結(jié)構(gòu)的等離子激元顏色濾波器，由于其具有比傳統(tǒng)基于染料的顏色濾波器更加優(yōu)異的性能（小型化、制備工藝簡(jiǎn)單、耐高溫及紫外輻射等）而成為研究的熱點(diǎn)。然而為實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，諸如透射率、顏色純度、偏振相關(guān)性、角度敏感性、性價(jià)比以及大面積制備工藝等問題還需要更深入的研究。本論文在分析理解等離子激元基本原理

2、的基礎(chǔ)上，借助時(shí)域有限差分仿真方法和納米實(shí)驗(yàn)加工工藝，設(shè)計(jì)研制了金屬納米結(jié)構(gòu)，測(cè)試分析了基于所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的等離子激元顏色濾波器的性能，重點(diǎn)解決了偏振相關(guān)性、角度敏感性等問題，為等離子激元顏色濾波器的商業(yè)化應(yīng)用提供了技術(shù)支持。
　　首先，我們系統(tǒng)地研究了玻璃基底上一維銀納米光柵占空比對(duì)其光譜特性的影響。利用時(shí)域有限元差分仿真軟件，我們仿真了不同光柵周期和厚度條件下占空比對(duì)其透射譜的影響，發(fā)現(xiàn)在不惡化透射譜的顏色效果的前提下，占空比能在

3、較窄的波長(zhǎng)范圍內(nèi)對(duì)透射譜的共振波長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。這是因?yàn)檎伎毡忍蠡蛱《紝?dǎo)致顏色純度的降低，惡化透射譜的顏色濾波效果。對(duì)實(shí)驗(yàn)所制備樣品的光學(xué)特性測(cè)試驗(yàn)證了仿真的正確性。另外，對(duì)局域等離子共振和傳播性等離子共振的理論研究表明局域等離子共振在改變占空比實(shí)現(xiàn)顏色調(diào)控的過程中起著主要作用，隨著占空比的增大，由于光柵間距離減小，傳播性等離子共振的介入使得透射譜發(fā)生惡化，不利于結(jié)構(gòu)的顏色濾波性能。該工作為等離子激元顏色濾波器的占空比設(shè)計(jì)提供了理論指

4、導(dǎo)。
　　其次，考慮到基于周期性金屬納米結(jié)構(gòu)的等離子激元顏色濾波器由于其通過衍射作用實(shí)現(xiàn)動(dòng)量匹配而對(duì)角度敏感，我們提出了一種基于玻璃基底上二維銀納米圓柱隨機(jī)點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的角度不敏感等離子顏色濾波器。通過結(jié)構(gòu)周期性的消除，所提出的等離子激元顏色濾波器通過局域等離子共振作用實(shí)現(xiàn)了偏振不相關(guān)以及角度不敏感（入射角從0度到60度）特性。通過結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，我們保證了圓柱間的局域等離子共振的去耦合作用，從而實(shí)現(xiàn)了顏色濾波器的可重復(fù)性和可預(yù)測(cè)