表面等离激元热电光镊及其表面增强拉曼散射技术研究

来源 :深圳大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lixiang1989521
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光镊在微观领域有着杰出的贡献,是实现微纳颗粒捕获与操纵的重要技术手段,其基本原理为光与物质之间动量传递的力学效应,广泛用于生物及医学、化学、物理等领域。光镊在光场中形成能捕获微纳颗粒的的三维势阱,具有无标记、非接触、无损伤、实时检测等特点。表面增强拉曼光谱技术(Surface-enhanced Raman scattering,SERS)是一种利用金属纳米结构的电磁场局域能力和增强能力实现拉曼信号增强的技术,而电磁场强度直接关系到SERS技术能否实现。与传统光镊技术相比,基于表面等离激元的光镊能够在光轴中心形成电磁场增强的SPP虚拟探针,能够使拉曼信号的增强因子提高两个数量级;并且表面等离激元光镊能够让金属颗粒与金膜之间形成Gap结构,产生超高的电磁场强度,在一定的条件下拉曼增强因子能达109以上。但是基于表面等离激元的光镊依旧存在金属颗粒捕获的稳定性的问题,由于表面增强拉曼光谱技术的原因,我们需要更稳定的颗粒捕获。而热电纳米光镊以其高效稳定的颗粒捕获效率特征出现在我们的视野中,结合表面等离激元的光镊与热电纳米光镊两种光镊技术,本文提出一种表面等离激元热电光镊,实现了对微纳金属颗粒的高效稳定捕获,并且具有很好的SERS增强。本论文的主要内容包括:1.根据光镊技术的发展历史,简要介绍了表面等离激元光镊与热电纳米光镊的研究现状和发展前景表面增强拉曼光谱技术的基本原理,并提出表面等离激元热电光镊。2.系统介绍了表面等离激元光镊与热电纳米光镊的技术原理,首先介绍了光与金属相互作用,如何激发表面等离激元、基本特性,最后对颗粒在SPP光镊和热电纳米光镊各自受力进行分析。3.针对不同的金属膜厚、颗粒直径、CTAC浓度以及激光功率对表面等离激元热电光镊的影响,进行光镊系统的搭建。实验分析对比不同影响因素对表面等离激元热电光镊在金属颗粒捕获稳定性方面的影响,并建立了金属颗粒在光镊系统中的受力模型,分析金属颗粒的捕获刚度,为进一步优化表面等离激元热电光镊做前期工作。4.针对表面等离激元热电光镊在表面增强拉曼光谱上的效果,在FDTD上建立光镊模型,进行金属颗粒在光镊中的局域电磁场增强的理论分析。同时制作二维材料MoS2的实验样品在优化好的表面等离激元热电光镊系统中做的拉曼扫描成像实验,并达到了预期的效果,为下一步在细胞成像技术上打下基础。5.我们对表面等离激元热电光镊及其表面增强拉曼散射技术研究的应用进行了总结,并对其未来的发展前景做了展望。
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