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研究生:曹永昌
研究生(外文):Yong-Chang Tsao
論文名稱:銀奈米粒子做成似梯度光柵對繞射效應之研究
論文名稱(外文):Study of silver nanoparticles inducing localized surface plasmons through an echelon-like gratings
指導教授:蔡明善
指導教授(外文):Ming-Shan Tsai
學位類別:碩士
校院名稱:國立嘉義大學
系所名稱:光電暨固態電子研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
中文關鍵詞:表面電漿效應光柵繞射梯度光柵銀奈米粒子
外文關鍵詞:localized surface plasmonsgrating diffractionechelon-like gratingsilver nanoparticles
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本論文主要利用銀奈米粒子做成似梯度光柵其表面電漿效應對一階繞射效率之研究。梯度光柵的製作是利用黃光製程做成光柵、並在熱蒸鍍過程中將樣品加裝遮板藉由步進馬達旋轉樣品,之後經由熱退火過程將可在ITO玻璃上製作出銀奈米粒子由大到小所形成的週期性排列之梯度光柵。本實驗略分兩部分:
第一部分,梯度變化銀奈米粒子吸收光譜之量測,吸收光譜隨著粒徑由小到大會有紅位移的現象,此乃表面電漿共振效應所造成吸收上的差異,電磁波的消散截面積 (extinction cross section)與粒徑參數x (size parameter)、金屬與環境相對折射率m (relative refractive index)有關,不同粒徑有不同的共振頻率,隨著粒徑的增加,粒徑參數x與相對折射率m也會跟著改變,而造成吸收光譜往長波長方向偏移。
第二部份,銀奈米粒子做成似梯度光柵其表面電漿效應對一階繞射效率之研究。樣品量測分兩種方式:
第一種方式,利用單光儀分光藉由調控打在樣品上光束大小,進而量測左右兩邊的一階繞射峰值隨著光束由大到小縮減會有靠近的趨勢。根據Raman-Nath繞射理論,繞射強度的貢獻來自Δn1和Δα1分別是折射率與吸收係數在光柵的光強區與光弱區空間上振幅的差異,由於表面電漿效應,吸收項Δα1將會是主要貢獻,當一開始光束大小為6mm時,照在樣品上的光束範圍較大,樣品上左右兩邊的銀奈米粒子顆粒大小差異比較多,因此左右兩邊的一階繞射峰值差值較大,從理論推導來解釋,光束較大時,也就是在樣品上的光線比較多,每道光皆會對相位有所貢獻,將造成左右兩邊繞射強度的相位差異較多,使得左右兩邊繞射要發生建設性干涉的條件不同,對不同的波長才會產生建設性干涉,再加上表面電漿效應,銀奈米粒子的折射率 、厚度差 皆會對相位有所貢獻,因此將造成左右兩邊的繞射峰值差異較多。
第二種方式,量測梯度光柵由薄到厚不同位置,也就是銀奈米粒子從小顆到大顆分佈,可發現一階繞射峰值會有紅移的趨勢。由前面Raman-Nath繞射理論解釋,當量測較薄區域時,銀奈米粒子較小,表面電漿效應所造成共振波長較偏短波長,隨著厚度的增加,銀奈米粒子會越聚越大顆,造成共振波長較偏長波長,也就是吸收會有紅位移,而繞射強度主要是受吸收項的影響,因此吸收的紅位移將造成繞射峰值也會有紅位移的趨勢。
中文摘要 Ⅰ
英文摘要 Ⅲ
圖表目錄 Ⅳ
目錄 Ⅶ
第一章 緒論 1
第二章 相關理論 4
2-1粒子介電係數的計算 4
2-2球形金屬的表面電漿共振 12
2-2.1 小粒徑金屬球受外加場作用所引起的偶極子振盪 12
2-2.2 根據Mie theory考慮多極子振盪的情形 15
2.2.3吸收光譜的定義 16
2-3 Raman-Nath繞射理論 17
2-3-1 Echelon光柵的grating equation 20
2-3-2實驗室自製echelon-like光柵之光學特性 22
第三章 樣品製作、實驗架設 27
3-1 實驗樣品的製作 27
3-1-1 量測吸收光譜之樣品製作 27
3-1-2 量測一階繞射效率之樣品製作 30
3-2 實驗量測的架設 33
3-2-1 吸收光譜系統之實驗架設 33
3-2-2 一階繞射效率系統之實驗架設 34
第四章 實驗結果與討論 36
4-1梯度變化銀奈米粒子的吸收光譜之量測 36
4-2銀奈米粒子做成之梯度光柵其一階繞射效率之研究 42
4-2-1改變光束大小觀察一階繞射峰值的變化情形 47
4-2-2改變不同的量測位置觀察一階繞射峰值的變化情形 52
4-2-3梯度變化之光柵樣品一階繞射強度的分佈情形 58
第五章 結論與未來展望 62
附錄A:Mie theory 64
附錄B:The echelon-like grating之光電場強度推導 70
參考文獻 73
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