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文檔簡介
1、光的輻射、傳輸和接收是一種重要的自然現(xiàn)象,伴隨著人類社會的發(fā)展,對于光的研究一直沒有停止過。進(jìn)入現(xiàn)代社會后,光與物質(zhì)的相互作用成為現(xiàn)代光學(xué)研究的重要部分,尤其是關(guān)于電磁波與亞波長尺寸結(jié)構(gòu)相互作用的研究。表面等離子體激元光學(xué)(Plasmonics)的發(fā)展,給光學(xué)研究開拓了廣闊的前景。表面等離子體激元(surfaceplasmonpolaritions,SPPs)是在金屬界面或者微納尺寸的金屬結(jié)構(gòu)上由于電磁輻射和金屬內(nèi)自由電子相互作用產(chǎn)生的
2、,能實現(xiàn)在亞波長尺寸的近場光學(xué)增強效果,所以亞波長尺寸結(jié)構(gòu)的制方法的研究和實現(xiàn)對于現(xiàn)代光學(xué)的發(fā)展是十分必要的。
對于可見光波段(400nm~700nm)來說,亞波長的結(jié)構(gòu)尺寸在幾百納米以下,一般的機加工的方法是無法實現(xiàn)的,所以需要開發(fā)其他的方法,目前制備亞波長金屬結(jié)構(gòu)的方法主要有:光刻(IL)、離子束刻蝕(FIB)、電子束刻蝕(EBL)等刻蝕的方法加工;但FIB和EBL刻蝕的效率低,很難實現(xiàn)大范圍微結(jié)構(gòu)的刻寫,如大面積的光柵。
3、而多種多樣的光刻技術(shù)不僅能實現(xiàn)亞波長結(jié)構(gòu)的刻寫并且具有刻寫速度快、刻寫面積大的優(yōu)點,克服了機加工方法分辨不足和離子/電子束刻蝕的效率低下的缺點。所以光刻是一種非常有效、簡單的微納結(jié)構(gòu)制備的方法。
表面增強拉曼散射(SERS)效應(yīng)是指在金屬良導(dǎo)體表面,比如Au、Ag等貴金屬,由于活性基底表面的電磁場增強導(dǎo)致吸附在該活性基底上的待測分子的拉曼散射信號大大增強的現(xiàn)象。關(guān)于SRES機理的研究表明:電磁場增強,即表面等離子體共振(Sur
4、faceplasmonresonance,SPR)引起的局域電磁場增強,是表面拉曼散射增強效應(yīng)最主要的原因;另外導(dǎo)致這種幾個數(shù)量級的散射信號增強原因還包括化學(xué)能的變化等。物理機制和化學(xué)機制共同作用下導(dǎo)致了SERS效應(yīng),而由于拉曼散射譜只與散射分子有關(guān),與激發(fā)光頻率等外界條件無關(guān),所以SERS被廣泛用于表面分析、吸附界面表面狀態(tài)研究、生物大小分子的界面取向及構(gòu)型、構(gòu)象研究、結(jié)構(gòu)分析等研究。
主要工作成果如下:
1.利用
5、Nd∶YAG脈沖激光器進(jìn)行光學(xué)刻寫來制備光柵,由于脈沖激光的瞬間功率很高,所以刻寫過程中曝光時間極短,可以保證刻寫的結(jié)構(gòu)邊緣的沒有毛刺,得到性能更加優(yōu)越的光柵,并將光刻得到的介質(zhì)光柵復(fù)制為純金屬光柵。
2.利用數(shù)字微鏡設(shè)備(DMD)進(jìn)行光學(xué)直寫,靈活的刻寫圖案,包括2D圖案和3D結(jié)構(gòu);并且將DMD和六棱鏡復(fù)合使用進(jìn)行多光束干涉光刻,制備了三種樣式的點陣,實現(xiàn)傳統(tǒng)多光束干涉光刻光路的簡化。
3.利用數(shù)字微鏡設(shè)備(DMD
6、)直寫的方法制備具有不同角度的尖端結(jié)構(gòu),并制備成金屬結(jié)構(gòu)。利用這些具有不同角度的金屬尖端定量的研究SERS效果與角度的關(guān)系。
本論文的創(chuàng)新點和特色如下:
1.利用DMD與多面棱鏡結(jié)合進(jìn)行光學(xué)刻寫,利用簡潔的光路可以制備樣式繁多的點陣結(jié)構(gòu),實現(xiàn)刻寫圖案的多樣化和刻寫光路的簡單化;使用DMD進(jìn)行了無掩膜投影光刻,作為一種高效、簡單、廉價的方法,可以制備多種形貌的二維結(jié)構(gòu)和三維結(jié)構(gòu)。
2.利用DMD制備的尖端進(jìn)行
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