基于纳米球近场效应的飞秒激光纳米加工研究

论文摘要

随着纳米加工技术的发展,对加工精度的要求日益提高。利用飞秒激光照射纳米小球,可以在待加工基底表面产生局域的近场增强,进而实现超衍射极限的纳米加工。本文对金（Au）纳米小球和聚苯乙烯（PS）纳米小球辅助飞秒激光纳米加工进行了系统研究。主要研究内容和结果如下:在Au纳米小球辅助飞秒激光纳米加工方面。通过时域有限差分法（FDTD）对不同直径Au纳米小球的近场增强进行数值模拟,得到了近场增强效果随小球直径的变化规律。基于模拟结果进行了实验研究,实现了超衍射极限的纳米孔制备,且发现激光偏振态（线偏振和圆偏振）会显著影响纳米孔形状随激光能量密度的变化规律。这是由于在不同能量密度激光辐照下,Au纳米小球近场效应和热效应对纳米孔形成的影响程度不同。进一步在Au纳米小球所在基底表面引入介电层,可以在基底表面产生不同于传统纳米孔的类蝴蝶状及类双环状纳米结构,丰富了纳米结构制备的调控方法。以上研究为硅（Si）基底表面超衍射极限纳米结构激光制备的研究和发展奠定了基础。在PS纳米小球辅助飞秒激光纳米孔加工方面。通过FDTD方法对不同直径PS纳米小球的近场增强进行数值模拟研究,获得了PS纳米小球直径对近场增强效果的影响规律。并通过不同波长和不同偏振的飞秒激光对Si基底表面PS纳米小球进行辐照,实现了对纳米孔形状和尺寸的调控。进一步对PS纳米小球进行阵列排布,实现了Si基底表面阵列纳米孔的制备。此项研究对纳米小球辅助飞秒激光纳米孔加工的工程转化具有一定意义。基于飞秒激光脉冲可诱导基底表面介电环境发生变化的超快物理现象,对双色双脉冲调控基于PS纳米小球近场效应的纳米孔优化制备进行研究。首先数值模拟研究了基底介电参数对PS纳米小球近场增强的影响规律。进一步,使用双色双脉冲飞秒激光对Si基底表面附着的PS纳米小球进行辐照,通过改变时间延时实现了对纳米孔尺寸在180nm-240nm之间的有效优化。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 基于Au纳米小球近场增强的纳米孔加工的研究进展
•     1.2.1 Au纳米小球的直径对纳米孔加工的影响
•     1.2.2 飞秒激光参数对纳米孔加工的影响
•     1.2.3 基底材料对纳米孔加工的影响
•     1.2.4 Au纳米小球阵列排布对纳米孔加工的影响
•   1.3 基于介电纳米小球近场增强的纳米孔加工的研究进展
•     1.3.1 基于低折射率纳米小球近场增强的纳米孔加工的研究进展
•     1.3.2 基于高折射率介电小球近场增强的纳米孔加工的研究进展
•   1.4 本文的主要工作
• 第二章 Au纳米小球辅助飞秒激光纳米加工
•   2.1 引言
•   2.2 数值模拟方法和实验装置
•     2.2.1 数值模拟模型
•     2.2.2 样品制备
•     2.2.3 实验装置
•   2.3 Au纳米小球辅助飞秒激光纳米孔加工的研究
•     2.3.1 Au纳米小球的直径对Au纳米小球近场增强的影响
•     2.3.2 入射激光偏振对Au纳米小球纳米孔加工的影响
•   2.4 处于介电层中的Au纳米小球辅助飞秒激光纳米结构加工
•   2.5 Au纳米小球辅助飞秒激光诱导表面周期性结构的研究
•   2.6 本章小结
• 第三章 PS纳米小球辅助飞秒激光纳米孔加工
•   3.1 引言
•   3.2 数值模拟方法和实验装置
•     3.2.1 数值模拟模型
•     3.2.2 样品制备
•     3.2.3 实验装置
•   3.3 单一PS纳米小球辅助飞秒激光纳米孔加工的研究
•     3.3.1 PS纳米小球的直径对PS纳米小球近场增强的影响
•     3.3.2 入射激光偏振对PS纳米小球纳米孔加工的影响
•   3.4 阵列PS纳米小球辅助飞秒激光阵列纳米孔加工
•   3.5 本章小结
• 第四章 双色双脉冲飞秒激光调控PS纳米小球纳米孔加工
•   4.1 引言
•   4.2 实验方法与装置
•   4.3 双色双脉冲飞秒激光调控PS纳米小球纳米孔加工
•     4.3.1 基底介电环境的改变对PS纳米小球近场增强的影响
•     4.3.2 不同时间延时对PS纳米小球纳米孔加工的影响
•   4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间的学术成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 娄前峰

导师: 陶海岩

关键词: 飞秒激光,纳米小球,超衍射极限,近场增强

来源: 长春理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,信息科技

专业: 物理学,材料科学,材料科学,无线电电子学

单位: 长春理工大学

分类号: TN249;TB383.1;TB306

总页数: 59

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