【摘 要】
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表面声子激元是入射电磁波与极性晶体中光学声子振动耦合而产生的一种光学模式,相比于表面等离激元,它有着低损耗、寿命长的优势,因此在传感、热发射器、红外光电探测器、表面增强光谱等领域有着潜在的应用价值。然而,目前对于表面声子激元的研究大多停留在其基础原理上,为了实际展现表面声子激元的应用价值,推动基于声子激元模式的新型光学器件的发展,本文重点研究了声子激元谐振器在表面增强红外吸收光谱中的应用。本文首先
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表面声子激元是入射电磁波与极性晶体中光学声子振动耦合而产生的一种光学模式,相比于表面等离激元,它有着低损耗、寿命长的优势,因此在传感、热发射器、红外光电探测器、表面增强光谱等领域有着潜在的应用价值。然而,目前对于表面声子激元的研究大多停留在其基础原理上,为了实际展现表面声子激元的应用价值,推动基于声子激元模式的新型光学器件的发展,本文重点研究了声子激元谐振器在表面增强红外吸收光谱中的应用。本文首先利用扫描近场光学显微镜与傅里叶变换红外光谱仪对SiC-WS2谐振器、石英-WSe2谐振器以及石英盘谐振器的声子激元模式进行了研究,结果表明了 3种中红外谐振器的声子激元模式均具有高品质因数、共振峰位可调性好的优点。然后通过远场观测了石英-WSe2谐振器中声子激元模式与对硝基苯甲醇分子振动的耦合,实验证明了表面声子激元对分子振动光谱的增强。为进一步提高增强分子振动光谱的灵敏度,实验选用了模式体积超小、品质因数更高的石英盘谐振器,远场观测了表面声子激元与对硝基苯甲醇分子的振动强耦合,并根据耦合强度与分子浓度的变化关系估算了表面声子激元最少可与7300个分子实现强耦合,这促进了高集成、超灵敏中红外光谱设备以及化学反应控制器的发展。最后,文章通过单个石英盘谐振器,在石英的低频Reststrahlen band范围内实现了表面声子激元对亚甲基蓝分子红外信号的增强。综上所述,本文成功将声子激元谐振器应用于表面增强红外吸收光谱中,充分展现了表面声子激元的应用价值,同时表明了表面声子激元可以替代表面等离激元推动高灵敏中红外光谱设备的发展。
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