基于表面電磁波激發(fā)的表面光柵熱輻射技術(shù)研究.pdf

1、表面電磁波（Surface Electromagnetic Wave)是電磁波與固體表面的集體振蕩波如晶格振動(dòng)波或自由電子振蕩波的耦合激發(fā)，對(duì)應(yīng)的場(chǎng)量子稱為表面聲子極化激元（Surface Phonon Polariton）或表面等離極化激元（Surface Plasmon Polariton）?；诒砻娴入x極化激元的表面等離子體共振（SPR）技術(shù)已經(jīng)在生物、化學(xué)等領(lǐng)域大放異彩，SPR傳感器成為實(shí)驗(yàn)研究的重要科學(xué)儀器。近年來(lái)由于近場(chǎng)光學(xué)

2、的發(fā)展和微納制造技術(shù)的進(jìn)步，表面電磁波在微納光學(xué)器件中的應(yīng)用也日益受到重視，并取得了一些令人矚目的成果。如突破光學(xué)衍射極限的金屬表面電磁波波導(dǎo)器件、基于表面電磁波的反常透射光學(xué)元件等。更令人矚目的是在紅外波段表面聲子極化激元對(duì)紅外發(fā)射調(diào)制可以獲得相干熱輻射源，這種新型紅外發(fā)射源在紅外氣體傳感、頻譜檢測(cè)、紅外加密及紅外隱身等領(lǐng)域都有重要的用途。
　　 本文以表面聲子極化激元為研究重點(diǎn)，設(shè)計(jì)和制作了表面光柵調(diào)制的紅外熱輻射器件。對(duì)支

3、持表面波的極性材料SiC、SiO2和Au表面光柵的制作工藝進(jìn)行了詳細(xì)的研究，并通過(guò)反射譜的測(cè)量證實(shí)了表面電磁波的存在。開(kāi)展的主要工作和取得的主要結(jié)果有：
　　 (1)分析表面電磁波及其與棱鏡、表面光柵耦合的理論，通過(guò)Matlab編程模擬表面電磁波和光波的色散關(guān)系曲線圖，得出表面電磁波和光波的共振耦合波長(zhǎng)，用此指導(dǎo)后面表面光柵圖形的設(shè)計(jì)。
　　 (2)設(shè)計(jì)了一維及二維表面光柵結(jié)構(gòu)，并制作了SiC、SiO2二維表面光柵。提出

4、了一種使用雙層掩膜刻蝕SiC的方法，對(duì)磁增強(qiáng)反應(yīng)離子刻蝕（MERIE）SiC的工藝進(jìn)行了詳細(xì)研究，得到了刻蝕的優(yōu)化參數(shù)，為SiC熱輻射器件的制作打下基礎(chǔ)。
　　 (3)為減小測(cè)試時(shí)的噪聲干擾，設(shè)計(jì)并制作了微加熱器用于和熱輻射單元集成。同時(shí)用Ansys有限元分析軟件對(duì)微加熱器的溫度分布場(chǎng)進(jìn)行了模擬分析，結(jié)果表明此微加熱器滿足紅外熱輻射系統(tǒng)的測(cè)試要求。
　　 (4)研究了紅外反射譜和發(fā)射譜的測(cè)試方案，并對(duì)各種測(cè)試方案進(jìn)行了可