纳米复合薄膜的近场光学性能

• 作 者: 区定容
• 出 处: 清华大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 近场光学 光学非线性 表面等离子体 Super-RENS 金属颗粒-绝缘体复合薄膜

论文研究了两种纳米复合薄膜——超衍射分辨近场结构(Super-RENS)和金属颗粒-绝缘体复合薄膜——的近场光学性能和作用机理。已有的文献表明用Super-RENS可以实现超衍射分辨光存储。本论文中采用静态测试和SEM观察相结合的方法研究了Sb型Super-RENS的超衍射分辨性能,首次发现以下结果:含非晶Sb膜的Super-RENS具有很好超衍射分辨性能,含晶态Sb膜的则没有;用Al膜替代Sb膜之后,Super-RENS的超衍射分辨性能消失。考虑到尺寸效应对Sb膜的影响以及晶态、非晶态之间电性能的不同,计算了Super-RENS中Sb膜对激光光强分布的影响。计算结果表明,Sb型Super-RENS的超衍射分辨性能与非晶Sb膜的半导体特性以及由此产生的表面等离子体三次非线性响应有关。计算结果与实验结果吻合很好。此外,还研究了Sb-SiN复合薄膜和Ag-SiN复合薄膜的光学性质,发现金属体积分数较高的情况下金属颗粒的相互作用会引起新的吸收峰,而且还会影响金属颗粒-绝缘体复合薄膜的局域增强作用。将金属颗粒-绝缘体复合薄膜中金属颗粒之间的相互作用看作金属颗粒之间的表面等离子体耦合,然后基于小颗粒散射理论计算了金属体积分数较大的金属颗粒-绝缘体复合薄膜的光学性能。计算结果能够满意地解释新吸收峰的形成,并给出了介电常数、颗粒尺寸以及体积分数对表面等离子体耦合的影响规律,这些因素也以同样的规律影响金属颗粒-绝缘体复合薄膜的近场增强性能。以上结果对预测金属颗粒-绝缘体复合薄膜的光学性能具有重要意义。最后,比较了Super-RENS和金属颗粒-绝缘体复合薄膜的近场光学性能以及作用机理的不同,发现在这两种纳米复合薄膜中表面等离子体存在和作用方式并不相同,导致光学性能上也有很大差别。