周期性極化光電濾波器及金納米顆粒光傳感器設(shè)計(jì).pdf

1、可調(diào)諧光濾波器作為光通信系統(tǒng)中的重要組件，被廣泛應(yīng)用于光信號(hào)的復(fù)用與解復(fù)用、分插復(fù)用、色散補(bǔ)償?shù)?。尤其，可調(diào)諧的多波長(zhǎng)光濾波器以其巨大的靈活性而備受關(guān)注。本論文結(jié)合課題來(lái)源，仿真設(shè)計(jì)了一種用于波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的電光可調(diào)諧多波長(zhǎng)濾波器。
　　隨著現(xiàn)代微納結(jié)構(gòu)制作工藝的日漸進(jìn)步，金屬納米結(jié)構(gòu)的局部表面等離激元共振已成為金屬光學(xué)的研究熱點(diǎn)。由于其獨(dú)特的光學(xué)特性，金屬納米結(jié)構(gòu)在光波導(dǎo)、生物化學(xué)傳感器、光天線、光耦合器等光器件中具有重要的應(yīng)

2、用前景，能夠大大提高光器件的集成度和微型化。本論文結(jié)合課題來(lái)源，對(duì)不同金屬納米結(jié)構(gòu)的光學(xué)特性及其生物細(xì)胞傳感應(yīng)用進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究。
　　論文的主要工作及創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　1.仿真設(shè)計(jì)了一種電光可調(diào)諧多波長(zhǎng)濾波器?；趚切y傳的鈦擴(kuò)散鈮酸鋰波導(dǎo)，分立電壓驅(qū)動(dòng)交替級(jí)聯(lián)的叉指電極組和相移電極控制準(zhǔn)TE模和TM模的偏振轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)濾波波長(zhǎng)的可調(diào)諧性。將電學(xué)中有限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)算法應(yīng)用于電光濾波網(wǎng)絡(luò)中，通過(guò)傳輸矩陣在z域

3、中的表示及求解得到控制電壓的取值。僅通過(guò)改變各級(jí)電極的驅(qū)動(dòng)電壓，濾波器不僅可以得到自由光譜范圍內(nèi)波長(zhǎng)可調(diào)諧的帶通濾波，而且可以得到非對(duì)稱分布的多個(gè)窄帶濾波。
　　2.系統(tǒng)的研究了金屬納米結(jié)構(gòu)的局部表面等離激元共振特性。仿真分析了納米結(jié)構(gòu)的材料、大小、結(jié)構(gòu)、排布對(duì)其消光特性的影響。并在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了金納米棒多聚體結(jié)構(gòu)，并對(duì)其在可見(jiàn)光和近紅外波段Fano共振實(shí)現(xiàn)機(jī)理與特性進(jìn)行仿真和研究。在外加電場(chǎng)平行于納米棒短軸時(shí)，長(zhǎng)度對(duì)稱的金納米

4、棒二聚體和三聚體（邊對(duì)邊分布）可實(shí)現(xiàn)Fano共振；而長(zhǎng)度相同且間隔不等分布的納米棒三聚體可實(shí)現(xiàn)雙Fano共振。仿真分析發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)ano共振來(lái)源于納米棒局部表面等離激元共振模式的近場(chǎng)耦合，從而能夠大大增強(qiáng)局部電場(chǎng)強(qiáng)度，提高傳感靈敏度。仿真證明，本論文中設(shè)計(jì)的納米棒多聚體的共振帶寬僅為50 nm，且共振品質(zhì)因數(shù)可達(dá)到20。
　　3.基于納米球刻蝕工藝，通過(guò)不同大小的聚苯乙烯納米球在金膜表面的自組裝，形成的單層膜為模板，利用反應(yīng)離子刻蝕法

5、，實(shí)驗(yàn)制備了以玻璃為基底的直徑分別為60 nm和500 nm的納米金柱陣列。
　　4.將制備的玻璃基底上直徑為60 nm和500 nm的納米金柱陣列用于視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞（RPE-1）和乳腺癌細(xì)胞（MCF-7）的細(xì)胞濃度的檢測(cè)，濃度檢測(cè)范圍寬，可達(dá)~104-106 cells/ml。對(duì)比了兩種細(xì)胞的形態(tài)（對(duì)應(yīng)于介質(zhì)環(huán)境變化）對(duì)其濃度檢測(cè)結(jié)果的影響，同時(shí)，也對(duì)比了金柱的尺寸（對(duì)應(yīng)于電場(chǎng)倏逝長(zhǎng)度）對(duì)細(xì)胞濃度檢測(cè)結(jié)果的影響。該實(shí)驗(yàn)研究可

6、用于特定細(xì)胞檢測(cè)時(shí)納米顆粒大小的匹配選擇及優(yōu)化。
　　5.仿真設(shè)計(jì)并實(shí)驗(yàn)制備了基于金納米薄膜的直徑為90 nm、平均周期為160 nm的二氧化硅\金納米柱陣列，利用納米柱的局部表面等離激元共振模式與金薄膜的表面等離激元極化模式的耦合，不僅能夠增強(qiáng)局部電場(chǎng)強(qiáng)度從而提高細(xì)胞檢測(cè)靈敏度，并且能夠進(jìn)行細(xì)胞的多波長(zhǎng)檢測(cè)。利用該納米柱陣列進(jìn)行乳腺癌細(xì)胞MCF-7的濃度檢測(cè)，其檢測(cè)的最低濃度為2.14×103 cells/ml，低于上述的基于玻