亚波长结构纳米孔的近场光学测试

利用微纳加工工艺制作了亚波长结构纳米孔,应用近场光学显微镜(NFOM)对样品进行了近场光学性质的测试,获得了样品的近场光强分布,测得其近场光斑直径约为120 nm,测试结果证明了环形周期性结构对中心纳米孔的增透和聚焦作用,为环形亚波长结构的纳米孔应用奠定了基础。     

用于近场高速纳米光刻的飞行等离子体透镜

纳米尺度器件的商业化,要求开发高生产能力的纳米制备技术,该技术应满足经常对设计的器件进行改进的需要。电子束刻蚀技术和扫描探针刻蚀技术等无掩模纳米光刻技术给予了人们期望,但是,这些技术的低生产能力使其在大规模应用上受到了限制。本文报道了一种新颖低廉、生产高效的无掩模纳米光刻途径,该技术使用一个在组成图案的表面上飞行的等离子体透镜阵列,聚焦短波长表面等离子体〈100nm的光斑。然而,这些纳米尺度的光斑仅仅在近场形成,很难在表面上高速地对阵列进行扫描。为了克服这一难题．设计了自适应间隙的空气轴承装置,飞行阵列恰好距圆盘20nm,旋转速度为4～12m／s,实验显示的图案线宽为80nm。该廉价的纳米制备方案有望获得比其它无掩模技术高出2-5个数量级的产量。     

应用于高密度近场光存储技术的亚波长纳米孔

近场光存储技术因其高分辨率、超出传统光学衍射极限的限制等特点成为实现下一代高密度光存储的关键解决方案之一.目前应用的主要瓶颈是其光源较低的透过强度难以达到实际应用的要求.文章利用金属表面的周期性结构激发表面等离子体激元来提高亚波长纳米孔的透过率的解决途径.实验中制作了两种周围带有表面周期结构的纳米微孔,并对小孔周围光栅状结构的形状对纳米孔透过强度的影响进行了讨论.在此基础上提出了将纳米孔应用于高密度存储领域的设想.     

仿壁虎微纳米粘附阵列的工艺制作

介绍了采用微纳米加工技术制作仿壁虎脚趾粘附阵列的工艺方法。用ICP设备制作具有微米孔阵列的硅模板,用聚合物浇注,脱模后得到直径分别为2μm和5μm的微米阵列;浇注具有纳米孔径的氧化铝模板,脱模后得到直径约100nm的柔性纳米阵列。     

用相干刻蚀制作大面积的二维纳米阵列

采用多级激光扩束获得大面积的均匀光场分布，利用相干刻蚀(IL)技术，制作了大面积(3．23cm^2)的二维(2D)周期阵列结构，如光栅和栅格，并以此阵列制备出空间周期为300nm的金属Ag、Au和磁性材料Ni的点阵结构。     

二维金纳米阵列制备及其光学响应

有序贵金属纳米结构由于其本身所特有的光学响应及灵活调控能力,在微纳光电子材料与器件研究领域得到了广泛应用。在众多相关研究中,如何实现金（Au）纳米周期结构的大面积快速制备是人们关心的重要问题之一。采用纳米球自组装刻蚀方法,在大孔周期结构模板内部成功制备了新型二维Au纳米阵列,并有效避免了杂散Au纳米颗粒的产生。通过进一步的工艺优化和参量控制,实现了Au纳米颗粒尺寸的灵活调控,并探讨了其结构形成的物理机理。光学测试研究结果揭示了二维Au纳米阵列的表面等离子体吸收与散射响应,并证明其在近红外飞秒脉冲激励下具有显著的双光子吸收（饱和）效应。该研究结果在太阳能电池,光开关及材料微纳制备等领域具有潜在应用。     

基于周期性亚波长复合单元结构的表面等离子体光开关

本文研究了包括圆环结构、内置纳米棒的空心圆结构和复合结构周期性亚波长孔阵列的增强光透射特性,并证实了在复合结构中的内置纳米棒的空心圆环境的光场局域强度能够被显著地增强。此外,通过调控入射光的偏振方向,复合结构中纳米棒和空心圆的局域表面等离子体共振响应模式会发生相互转换。另外,我们设计了一种新型紧凑无泵浦光干扰并具有双通道的表面等离子体光开关。最后,该结果为表面等离子体光子器件提供了一种新思路,并拓展了微纳结构在光学通信及信息处理领域的应用范围。     

基于表面等离子体的微纳光刻技术

首先介绍了光刻技术的发展及其面临的挑战。随着纳米加工技术的发展,纳米结构器件必将成为未来集成电路的基础,而纳米光刻技术是纳米结构制作的基础,基于表面等离子体的纳米光刻作为一种新兴技术有望突破45nm节点从而极大提高光刻的分辨力。介绍了表面等离子体的特性,对表面等离子体(SPs)在光刻中的应用作了回顾和分析,指出在现有的利用表面等离子体进行纳米光刻的实验装置中,或采用单层膜的超透镜(Superlens),或采用多层膜的Super-lens,但都面临着如何克服近场光刻这一难题;结合作者现有课题分析了表面等离子体光刻的发展方向,认为结合多层膜的远场纳米光刻方法是表面等离子体光刻的发展方向。     

基于二维表面等离子体激元的微结构

在介电常数符号相反的两个材料的界面处可激发出表面等离子体激元 (Surface plasmon)。文中利用普通扫描电子显微镜中出现的电子束诱导沉积纳米碳基本现象 ,提出和发展了一种无需光刻胶和额外掩模的亚微米图形化技术。采用这一新方法 ,成功地在镀金的半导体 In Ga Al P量子阱表面制备了各种亚微米点阵结构 ,并得到基于二维表面等离子体激元的可见波段半导体发光的增强作用     

激光全息法制备二维硅基图形衬底

理论上模拟了全息光刻法制备二维硅基图形阵列的光强分布和显影过程,通过改变激光波长及入射光与样品表面的夹角即可得到不同周期的二维图形.在此基础上,采用三束光一次曝光和湿法腐蚀图形转移技术,在n型(100)硅衬底上制备出了周期在亚微米量级的均匀二维图形阵列.该方法适合大面积硅基图形阵列的制作.     

Effects of the periodicity of the subwavelength hole arrays and hole shape of a thin gold film on the optical transmission characteristics

The influence of the periodicity of subwavelength hole arrays and hole shape on transmission frequency and intensity has been studied.The subwavelength hole array sample is prepared on the 220 nm Au film.The transmission characteristics are measured and analyzed.The transmission spectra show that the different transmission peaks depend on the periodicity of hole arrays and the shape of the holes.With the shorter hole array period,the transmission peak shows blue shift,and the ohmic losses of surface plasmon...     

基于亚波长金属孔阵列的光控太赫兹强度调制器

太赫兹波强度调制器对太赫兹技术的发展至关重要。亚波长金属孔阵列可以激发表面等离子激元,增加入射电磁波的透射效率,极大地提高调制器的调制深度。提出了一种基于表面等离子激元的光控太赫兹波强度调制器。首先给出了器件所依赖的基本原理;其次利用传统的微纳加工技术在半绝缘砷化镓衬底上制作出二维亚波长金属孔阵列;最后搭建了太赫兹时域光谱系统,测试了器件样品对太赫兹波的透过率。结果表明:亚波长金属孔阵列可以引起透射率的异常增强,且透射率随着泵浦光强的增大而减小,在特定频率点实现了较高的调制深度。此研究为实现高调制深度的太赫兹波强度调制器提供了参考。     

Near-field lithography as prototype nano-fabrication tool

We demonstrate a prototype of the near-field lithography system, which is a potential tool for low cost nano-fabrication. Resist patterns with 50 nm features are fabricated on the entire surface of a 4-in. silicon wafer by step and repeat exposure using a light source operating at 365 nm. Furthermore, we realize ultra-clean environment by facilitating a dual clean system. Finally, we fabricate dot and hole arrays, which are indispensable patterns for novel nano-devices, demonstrating the applicability of our system to various applications.     

The Extraordinary Transmission Spectrum in Terahertz Regime: Combination of Shape Resonances and Rayleigh anomalies

We present the Terahertz wave extraordinary transmission through thin metal film with periodic arrays of subwavelength rectangular holes. By designing metallic hole arrays with different periods along x and y direction, the transmission spectrum with a non-Fano type is obtained. The roles of shape resonances and Rayleigh anomalies in extraordinary transmission are clarified. Our results demonstrate that the enhanced transmission can be attributed to the shape resonance, and the position of transmission minimum comes from the Rayleigh anomaly which is related to the period of the holes array. Shape resonance in hole arrays is different from the classical waveguide resonance, instead, the resonance behaves a surface plasmon polariton-like character but it is irrelevant to the period of the hole arrays. Our finding is applicable to exploit terahertz field localization which can be used to study terahertz nonlinear spectroscopy of materials.     

Gold nanohole arrays for biochemical sensing fabricated by soft UV nanoimprint lithography

We report on results of fabrication and optical characterisation of sub-250 nm periodic gold nanohole arrays on glass by using UV nanoimprint lithography (UV-NIL) combined with both reactive ion etching (RIE) and Cr/Au lift-off processes. The transmission spectra of the fabricated nanohole gratings were measured for different hole diameters and periods. We also show preliminary results of chemical sensing after surface modification of the gold hole arrays. In agreement with the theoretical prediction, we found that any change in the dielectric index of the surrounding environment of the metallic array produces a transmission peak red shift.     

带有矩形孔阵列的Au-介质-Au多层膜的透射特性

周期性亚波长孔阵列的异常透射性质在亚波长光电器件设计中具有重要意义。两层或更多膜层上周期孔阵列结构,由于层之间电磁场的相互作用可以导致新的光学性质。利用时域有限差分方法理论研究了带有矩形孔阵列的Au-介质-Au多层膜的透射特性。结果表明:该结构在近红外波段的透射谱存在多个透射峰,并且透射峰的数量、位置和强度可以通过改变结构的几何参数和介质膜的材料进行调控。详细分析了介质膜的厚度和折射率、孔阵列的周期、矩形孔的边长等因素对多层膜矩形孔阵列透射谱的影响,为利用多个表面等离子共振设计多波长控制器件提供了一定的参考。     

Imaging and Analysis of THz Surface Plasmon Polariton Waves with the Integrated Sub-wavelength Aperture Probe

We demonstrate that the integrated sub-wavelength aperture probe designed for THz near-field scanning probe microscopy can be used to map surface plasmon waves at THz frequencies. Observed near-field images of metallic patterns reveal surface plasmon waves superimposed over THz transmission images. We discuss the coupling mechanism for the surface waves and arrive to an important conclusion that the detected surface wave images represent the spatial derivative of the surface plasmon electric field. The relationship between the electric field and the measured signal is confirmed experimentally by mapping surface waves in bow-tie antennas. This study explains previously observed effects in THz near-field microscopy and provides a framework for analysis of near-field images.     

基于开口谐振环的多频太赫兹透射特性研究

通过在双层金属开圆孔阵列并嵌入对称开口谐振环结构,设计了一种新型金属-介质-金属透射增强结构.用电磁仿真软件对该结构的透射特性进行模拟,研究了单元结构的几何参数对透射峰的影响.结果表明:增加开口谐振环可以有效增加透射峰数量,实现了0.2～1.1 THz内的多频超强透射.根据透射峰处金属表面的场分布,透射峰与磁谐振、局域型表面等离子体、传播型表面等离子体、法布里-珀罗谐振及他们之间的杂化耦合有关.结果对深入研究超强透射特性及透射机理具有一定的指导意义,也为太赫兹微波器件设计和性能分析提供了重要参考.     

介孔氧化铝组装金纳米颗粒阵列及其光学性质

采用真空蒸镀的方法在多孔氧化铝模板表面得到薄金膜,随后在真空管式炉中进行热处理,热处理中发生的热去湿过程使得金膜在多孔氧化铝表面形成有序的金纳米颗粒阵列。同时还研究了多孔氧化铝模板制备过程中二次氧化的作用,发现一次氧化对二次氧化进行具有一定指导作用;另外,研究了扩孔时间对模板孔径的影响,一定条件下,扩孔时间与孔径成正比例关系;最后研究了镀膜厚度对金纳米颗粒的影响,结果中可以看到,金膜的厚度直接影响金纳米颗粒阵列的形成。最后在分光光度计上的光学测量吸收光谱的结果中,出现了表面等离子体作用引起的很强的吸收峰。     

渐变结构仿表面等离子体太赫兹传输线研究

本文利用有限元方法对圆柱开槽仿表面等离子体太赫兹(Terahertz,THz)传输线进行了详细的数值模拟研究,提出了一种尺寸渐变的仿表面等离子体THz传输线结构,发现在金属线上沿轴向构造渐深渐宽槽有利于将场能量最大程度地限制在导体表面,且能够汇聚电磁波,使得传输线表面波在传输过程中得到增强.研究结果将利于THz传输、近场成像、光谱和传感等应用.