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金屬奈米複合結構薄膜之光學特性及應用研究

时间:2011年03月10日来源:职称论文网 作者:admin 点击:
  【关键词】特性,應用,研究,學,之光,米複,結構,薄膜,金屬奈,

論文名稱(英文) Optical properties of metallic nano-composite thin film and its applications
校院名稱 臺灣大學
系所名稱(中) 物理研究所
系所名稱(英) Graduate Institute of Physics
學年度 93
學期 2
出版年 94
研究生(中文) 傅源興
研究生(英文) Yuan Hsing Fu
學號 D91222017
學位類別 博士
語文別 中文
口試日期 2005-07-01
論文頁數 90頁
口試委員 指導教授-蔡定平
委員-曹培熙
委員-江海邦
委員-魏台輝
委員-張瑞麟
委員-趙遠鳳

中文關鍵字 金屬 奈米複合 薄膜 非線性光學光學 奈米光學
英文關鍵字 metallic nano nano-composite thin film nonlinear optics nano optics
學科別分類 學科別>自然科學>物理

中文摘要 本論文研究以同步濺鍍(co-sputtering)法製作金與二氧化矽(Au-SiO2)之奈米複合(nano-composite)薄膜結構,在兩支濺鍍槍(sputtering gun)上分別為金(Au)與二氧化矽(SiO¬2)的靶材(target),藉由改變濺鍍槍的電源供應器(power supply)所提供的濺鍍功率,控制兩種材料的混成比例及濺鍍條件,可調整薄膜中金奈米顆粒的粒徑尺寸、形狀及分佈等參數,並由穿隧電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope, TEM)影像觀察其微觀結構。
奈米光學薄膜的研究,以Z軸掃描技術(Z-scan)、近場光學顯微術(Near-field Optical Microscopy, NSOM)以及泵-探(pump-probe)光學量測等實驗方法,探討特殊奈米複合結構薄膜之非線性光學性質、近場光學效應、侷域光學性質、光熱性質及表面電漿子共振等相關的物理性質及其應用。
英文摘要 In this thesis, a co-sputtering method is used to fabricate the Au and SiO2 nanocomposite thin film. Two targets of Au and SiO2 are simultaneously rf-sputtered with proper Argon pressure. A nanocomposite thin film consisted of Au and SiO2 can be fabricated, and the volume ratio of Au to SiO2 is controlled by the powers of sputtering guns. The transmission electron microscope (TEM) micrographs of this 15 nm Au-SiO2 nanocomposite thin film show that irregular shape Au nanoparticles are embedded in SiO2 with random distribution. The sizes of these nanoparticles are from 2 to 10nm.
The nonlinear optical properties, near-field optical properties, localized optical effects, optical-thermal responses, surface plasmon resonaces and its applications of Au-SiO2 nano-composited thin film are invegated by methods of Z-scan experimental technique, near-field optical microscopy and pump-probe optical measurements.
論文目次 中文摘要 I
Abstract II
目錄 III
圖目錄 VI
表目錄 XI
第一章、奈米光學與技術概論 1
1. 1 奈米光子學(Nano-photonics) 1
1. 2 近場光學與奈米光學(Near-field optics and Nano-optics) 4
(a) 近場(Near-field)系統 4
(b) 近場(Near-field)電磁波交互作用與近場光學量測 5
1. 3 奈米近場光學記錄(Near-field optical data storage)概念 8
(a) 近場光學顯微術(Near-field Optical Microscopy) 9
(b) 近場光學記錄(Near-field optics data storage)發展 14
(c) 奈米近場光碟片結構(Near-field optical disc structure) 14
1. 4 奈米光學薄膜(Near-field optical active layer) 15
參考文獻 17
第二章、光與物質作用之基礎理論 21
2. 1 極化率(polarization)與介電函數(dielectric function) 21
2. 2 線性及非線性光學作用 23
(a) 古典電磁學理論分析 23
(b) 二能級吸收(Two level absorption)理論 27
2. 3 電漿子共振(plasmon resonance) 30
(a) 自由電子(free electron)與光場交互作用 31
(b) 表面電漿子(surface plasmon) 32
(c) 顆粒電漿子(particle plasmon) 37
2. 4 尺寸效應(size effect) 39
參考文獻 41
第三章、研究奈米光學薄膜之實驗架構 42
3. 1 近場光學顯微儀(NSOM) 42
3. 2 Z軸掃描(Z-scan)非線性光學量測技術 44
(a) Z軸掃描系統之基本架構與原理 45
(b) Z軸掃描術(Z-scan)實驗裝置 49
(c) 閉孔反射率量測與開孔反射率量測之差異 51
3. 3 泵-探(pump-probe)光學量測 54
參考文獻 56
章、金與二氧化矽(Au-SiO2)奈米複合結構薄膜之研究 58
4. 1 Au-SiO2奈米複合結構薄膜性質 58
(a) 樣品製備 58
(b) 樣品的微結構分析 59
(c) 光譜量測分析 61
4. 2 Au-SiO2奈米複合結構薄膜的非線性光學量測 62
(a) 非線性吸收量測分析 63
(b) 反射訊號量測分析 67
(c) 非線性光學折射量測分析 70
(d) 金奈米顆粒薄膜與Au-SiO2奈米複合結構薄膜之比較 72
(e) 金奈米顆粒之非線性光學性質理論分析 74
4. 3 Au-SiO2奈米複合結構薄膜之近場光學量測分析 77
4. 4 Au-SiO2奈米複合結構的光熱性質量測分析 80
參考文獻 86
第五章、結論與展望 89
參考文獻 90
個人資料與著作

參考文獻 [ 1.1] M. Ohtsu, “Nanophotonics and true nature,” 4th Asia Pacific Workshop on Near-field Optics (APNFO4), Hualien, Taiwan (2003).
[ 1.2] D. W. Pohl and D. Courjon, “Near field optics,” Kluwer Academic, Boston (1993); M. A. Paesler and P. J. Moyer, “Near-field optics: rheory, instrumentation, and applications,” Wiley, New York (1996).
[ 1.3] M. Ohtsu, “Near-field Nano/ Atom Optics and Technology,” Spring-Verlag, Tokyo (1998).
[ 1.4] M. Ohtsu and H. Hori, “Near-field nano-optics: From basic principles to nano-fabrication and nano-photonics,” Kluwer Academic, New York (1999).


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