基于表面電磁波激發(fā)的表面光柵熱輻射技術(shù)研究.pdf

1、表面電磁波（Surface Electromagnetic Wave)是電磁波與固體表面的集體振蕩波如晶格振動波或自由電子振蕩波的耦合激發(fā)，對應(yīng)的場量子稱為表面聲子極化激元（Surface Phonon Polariton）或表面等離極化激元（Surface Plasmon Polariton）?；诒砻娴入x極化激元的表面等離子體共振（SPR）技術(shù)已經(jīng)在生物、化學(xué)等領(lǐng)域大放異彩，SPR傳感器成為實驗研究的重要科學(xué)儀器。近年來由于近場光學(xué)

2、的發(fā)展和微納制造技術(shù)的進(jìn)步，表面電磁波在微納光學(xué)器件中的應(yīng)用也日益受到重視，并取得了一些令人矚目的成果。如突破光學(xué)衍射極限的金屬表面電磁波波導(dǎo)器件、基于表面電磁波的反常透射光學(xué)元件等。更令人矚目的是在紅外波段表面聲子極化激元對紅外發(fā)射調(diào)制可以獲得相干熱輻射源，這種新型紅外發(fā)射源在紅外氣體傳感、頻譜檢測、紅外加密及紅外隱身等領(lǐng)域都有重要的用途。
　　 本文以表面聲子極化激元為研究重點，設(shè)計和制作了表面光柵調(diào)制的紅外熱輻射器件。對支

3、持表面波的極性材料SiC、SiO2和Au表面光柵的制作工藝進(jìn)行了詳細(xì)的研究，并通過反射譜的測量證實了表面電磁波的存在。開展的主要工作和取得的主要結(jié)果有：
　　 (1)分析表面電磁波及其與棱鏡、表面光柵耦合的理論，通過Matlab編程模擬表面電磁波和光波的色散關(guān)系曲線圖，得出表面電磁波和光波的共振耦合波長，用此指導(dǎo)后面表面光柵圖形的設(shè)計。
　　 (2)設(shè)計了一維及二維表面光柵結(jié)構(gòu)，并制作了SiC、SiO2二維表面光柵。提出

4、了一種使用雙層掩膜刻蝕SiC的方法，對磁增強(qiáng)反應(yīng)離子刻蝕（MERIE）SiC的工藝進(jìn)行了詳細(xì)研究，得到了刻蝕的優(yōu)化參數(shù)，為SiC熱輻射器件的制作打下基礎(chǔ)。
　　 (3)為減小測試時的噪聲干擾，設(shè)計并制作了微加熱器用于和熱輻射單元集成。同時用Ansys有限元分析軟件對微加熱器的溫度分布場進(jìn)行了模擬分析，結(jié)果表明此微加熱器滿足紅外熱輻射系統(tǒng)的測試要求。
　　 (4)研究了紅外反射譜和發(fā)射譜的測試方案，并對各種測試方案進(jìn)行了可