孔的形状和排列方式对厚孔板微结构压膜空气阻尼的影响分析

本文对微结构上孔的形状和排列方式对压膜空气阻尼的影响进行了理论和模拟分析.理论研究表明对于不同厚度、不同排列方式下的孔单元阵列,若孔的总面积和孔单元面积均为常数,当孔数增加到某一值时有最小阻尼力,并用FEM工具ANSYS证明了该结论的正确性.结果还表明孔数对恒定尺寸微结构空气阻尼的影响随着结构厚度和孔数的增加而变得更加明显.分析结果对比表明在同样的尺寸条件下,孔方形排列微结构的空气阻尼小于孔蜂窝式排列微结构的空气阻尼,该现象随着孔单元面积的增加变得越明显,但是随着孔单元接近微结构的边界,阻尼之间的差距减小.研究结果可以用在高精度MEMS器件如MEMS地震检波器、MEMS光开关和MEMS红外光传感器等的优化设计中去.

基于金属孔阵列的聚酰亚胺薄膜太赫兹探测

优化设计了多种不同孔径和形状的太赫兹波段的亚波长金属孔阵列结构,结合超薄低折射率的聚酰亚胺(PI)薄膜,探索了太赫兹时域光谱技术对超薄低折射率的探测灵敏性。利用飞秒微加工技术制备了一系列亚波长金属孔阵列结构,利用太赫兹时域光谱技术测试了阵列结构的反射波谱,获得了强烈的反射共振现象。然后在亚波长金属孔阵列结构背面叠加PI薄膜,结果表明太赫兹反射峰出现了显著低频移动现象。利用这一现象,实现了低至10μm的PI薄膜的有效探测,说明亚波长金属孔阵列结构在太赫兹传感领域对检测超薄低折射率薄膜材料有极强敏感性。

周期结构金属薄膜的奇异光学性质

二维亚波长周期结构金属薄膜具有光透过率异常增强的现象,某些情况下,这种薄膜的峰值透过率比根据传统小孔理论计算的预测值高3个量级.这种结构的金属薄膜在光印刷、近场显微镜和光子器件等方面有着广泛的应用前景,近年来引起了人们的重视.根据目前的实验研究报道,这种周期结构金属薄膜通常利用聚焦离子束刻蚀工艺来获得,器件的光学响应在可见光波段和近红外波段.利用镂空模板法制备了周期结构金属薄膜.实验表明,制得的器件在红外波段也具有透过率异常增强的现象,且利用这种方法易于获得大面积对称结构和串联结构的器件.

多孔氧化铝膜的制备及其光学性质

提出了一种制备具有周期结构金属薄膜的新方法---阳极氧化法制备多孔氧化铝膜.以草酸为电解液,制备出了几种表面孔径不同的多孔氧化铝膜,并在其表面镀银制得样品.用场发射扫描电镜观察多孔氧化铝膜的表面形貌,并采用光谱仪测定了样品的透射光谱.研究发现,由于表面等离子激元波(surface plasmon polaritons,SPPs)的作用,在可见光波段观察到了透过率异常增强现象.

孔阵形状对周期孔阵金属薄膜透过率的影响

采用高频结构仿真软件对中红外波段周期结构金属薄膜的光透射增强现象进行了数值模拟.通过对圆形、椭圆、正方形以及长方形4种不同孔阵金属薄膜的仿真得出,金属微孔的几何形状对透过率增强有着重要的影响.当椭圆或长方形金属孔阵长短径比例增加时,透射峰随着比例的增大红移;比较4种金属薄膜的透射峰移动情况发现,长方形和椭圆的形状效应较为明显.上述结果显示局域模式在透射增强现象中起了重要的作用.此外,我们还对长方形和椭圆孔阵列在不同偏振光入射下的光透射性质进行了模拟.

周期性金属孔等离激元结构的高阶Fano共振研究

在红外区研究周期性孔金属膜的高阶振荡行为,模拟发现,当周期固定,孔的半径为合适尺寸时,结构显示出在红外区发生两个透射共振增强现象,两个透射谱的相对谱宽很窄。通过分析两个共振处结构的电流分布发现,较低频率的透射增强源于单元的电十六极Fano共振,较高频率的透射增强是因为单元的缺陷态电十六极振荡。模拟也发现随着孔半径的增大或者周期的减小,较高频率的透射谱消失,而较低频率的透射谱逐渐变宽,其原因在于电十六极Fano共振不断向低阶Fano共振过度,发生共振降阶现象。

周期孔状金属薄膜传感器的研究

采用镂空模板法制备了大面积周期孔状金属薄膜,实验揭示了金属小孔阵列在中红外波段的异常透过率增强现象。通过对周期孔状金属薄膜处于不同周围介质下得到的透射谱的研究发现,透射峰随着周围介质折射率的增大会有很明显的红移。比较周期孔状金属薄膜传感器非对称结构和对称结构的灵敏度发现,其对称结构下的灵敏度要高于非对称结构下的灵敏度。通过改变金属薄膜的一些参数,得到金属薄膜厚度和基底折射率为100 nm和1.3时灵敏度最大,分别为12 383 nm/RIU(refractive index unit)和12 667 nm/RIU;灵敏度随周期性孔径的增大而增大;孔的形状与圆的差别越大,灵敏度越高;灵敏度随孔中介质折射率的减小而增大。

金纳米阵列诱导表面等离子体微刻蚀试验分析

通过麦克斯韦方程组推导了等离子体激发的条件,随后根据表面等离激元在亚波长孔周期阵列中增强光传输的原理制备金属-介质-金属(MIM)型周期性孔阵列薄膜,这种薄膜结构可补充入射光与等离子体基元间的动量失衡,进而在金属表面成功实现表面等离子体的激发。最后利用所制备的MIM型周期性孔阵列结构进行激光微纳加工试验,探索其在激光微纳加工中的作用。选择单晶硅作为激光微纳加工的对象,试验结果表明,这种薄膜结构可通过诱导激发等离子体实现材料的去除,在硅片的表面制备出大范围的微孔结构。