表面等離子體光子學(xué)PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1表面等離子體光子學(xué)表面等離子體光子學(xué)表面等離子體Surface Plasmons等離子體與表面等離子體Difference表面等離子體光子學(xué)Plasmonics表面等離子體光子學(xué)的應(yīng)用Application第1頁/共14頁是一種電磁表面波在表面處場強(qiáng)最大在垂直于界面方向是指數(shù)衰減場既能夠被電子激發(fā)也能被光波激發(fā)第2頁/共14頁區(qū)別 Plasma Surface Plasmons第3頁/共14頁定義表面等離子體光子學(xué)表面等離子體光子學(xué)（Plasmonics）是將表面等離子體技術(shù)應(yīng)用到光子學(xué)領(lǐng)域而發(fā)展出來的一門新的學(xué)科，它是構(gòu)成納米光子學(xué)的最重要部分。第4頁/共14頁簡介表面等離子體光子學(xué)

2、表面等離子體光子學(xué)已成為一門新興的學(xué)科，它的原理、新穎效應(yīng)以及機(jī)制的探究，都極大地吸引研究者們的興趣。Plasmonics具有廣闊的應(yīng)用前景，例如，應(yīng)用于制作各種 SPPs元器件和回路，制作納米波導(dǎo)、表面等離子體光子芯片、耦合器、調(diào)制器和開關(guān)，應(yīng)用于亞波長光學(xué)數(shù)據(jù)存儲、新型光源、突破衍射極限的超分辨成像、SPPs納米光刻蝕術(shù)、以及生物光學(xué)（作為傳感器和探測器）。第5頁/共14頁相關(guān)應(yīng)用/表面等離子體光子學(xué)表面等離子體波沿著金屬介質(zhì)界面?zhèn)鞑ィ诖怪庇诮缑娣较蚴窍挪?。同時由于它的波長非常小，因此可以實現(xiàn)納米級的二維甚至三維的能量局域。這樣不但可以實現(xiàn)高密度的集成，也同時獲得了極高的能量密度。因

3、此表面等離子體在納米光子學(xué)、納米加工、數(shù)據(jù)存儲，顯微鏡，太陽能電池和生物傳感等方面具有廣闊的應(yīng)用前景第6頁/共14頁相關(guān)應(yīng)用/表面等離子體光子學(xué)電子器件的信息載荷量有限，無法滿足對高速高容量信息處理的要求。光子器件具有高速高帶寬的特點，光子計算機(jī)也成為人們對下一代信息處理設(shè)備的希望。然后光子器件尺寸一般都在波長量級，隨著尺寸減小損耗會很快上升，無法完成和現(xiàn)有納米尺寸的電子器件互連。表面等離子體波同時具有高局域和高帶寬的特性，成為一個可能的解決方案。第7頁/共14頁相關(guān)應(yīng)用/表面等離子體光子學(xué)因為表面等離子體波在表面的局域特性，它的振蕩態(tài)對表面環(huán)境特別敏感，因而可以制作高敏感高集成的傳感器，用于

4、對細(xì)胞活動的實時探測。傳統(tǒng)的表面等離子體采用棱鏡耦合的平面金屬膜實現(xiàn)生物探測，其尺寸大，需要對準(zhǔn)。金屬納米顆粒對入射光選擇性的散射或透射同樣可以用于生物探測，這種方案具有體積小和平行探測的優(yōu)勢。第8頁/共14頁相關(guān)應(yīng)用/表面等離子體光子學(xué)金屬納米結(jié)構(gòu)的選擇性散射或者透射效應(yīng)在中世紀(jì)已經(jīng)被世人發(fā)現(xiàn)。將不同的金屬納米顆粒加入到玻璃中可以實現(xiàn)不同的色彩。隨著納米加工技術(shù)的發(fā)展，如果將金屬納米結(jié)構(gòu)引入到成熟廉價的CMOS工藝中來實現(xiàn)數(shù)碼成像設(shè)備需要的彩色濾波功能，不僅省去了普通的染色濾波器工藝，同時降低了串?dāng)_并增加了更多的功能性。第9頁/共14頁相關(guān)應(yīng)用/表面等離子體光子學(xué)金屬納米結(jié)構(gòu)可以在納米尺寸控

5、制表面等離子體波的傳播，進(jìn)而實現(xiàn)聚波、分波和導(dǎo)波的功能。利用可以聚焦表面等離子體波的等離子體金屬透鏡可以獲得一百納米甚至更小的局域波，來實現(xiàn)無掩模版的近場納米光刻。這對未來的微電子設(shè)備繼續(xù)小型化集成化發(fā)展具有極大的推動作用。第10頁/共14頁相關(guān)應(yīng)用/表面等離子體光子學(xué)能源問題是未來社會發(fā)展的核心問題。太陽能作為一種可持續(xù)發(fā)展的清潔能源一直受到很大的關(guān)注。然而目前太陽能電池模塊較低的能量轉(zhuǎn)換效率使得大規(guī)模的應(yīng)用還無法實現(xiàn)。金屬納米結(jié)構(gòu)的引入可以通過光散射引起的光腔效應(yīng)（圖 a），局域等離子體激元效應(yīng)（圖 b）和表面等離子體激元效應(yīng)（圖 c）大大提高光轉(zhuǎn)換效率。第11頁/共14頁相關(guān)應(yīng)用/表面等離子體光子學(xué)利用金屬納米顆粒對入射光波長和偏振態(tài)的敏感，我們可以通過在三維空間集成不同的金屬顆粒，從而實現(xiàn)五維的數(shù)據(jù)存儲（圖7）。存儲密度相對于現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)了指數(shù)倍增長，高達(dá)每立方厘米1Tbit！如