含金属纳米线多孔铝膜的偏振特性

论文摘要

含金属纳米线多孔铝膜在近红外光区可表现出较好的偏振性能。与其它偏振器件相比，它具有体积小、制备方法简单、成本低的优点。通过分析含金属纳米线多孔铝膜的起偏机制，我们提出一个新的理论模型来研究其偏振特性与多孔铝模板参数的关系；其次，利用电化学方法制备了含铜纳米线多孔铝膜并研究了其偏振性能；最后，利用二次阳极氧化法制备了具有分枝结构的多孔铝模板并用其合成了Y形分枝结构的Cu纳米线，测量了该复合结构的偏振光谱，拟利用该结构来提高此类器件的消光比。基于金属栅型偏振器的起偏原理，深入分析了含金属纳米线多孔铝膜在近红外光区的起偏机制。并从金属纳米线对S、P分量不同的损耗机理出发，建立了新的理论模型。以一排纳米线为研究对象，计算了P分量和S分量垂直入射时的光学损耗；借助Mathematic 4.0，计算了在固定入射光波长条件下，P、S分量光的透射率及该结构的消光比与多孔铝模板孔径的关系。在稀硫酸溶液中，利用改变氧化电压、扩孔等方法制备了不同孔径结构的多孔铝模板，并用交流电化学法沉积了金属Cu纳米线；研究了模板孔径的变化对样品偏振性能的影响。改变模板制备时的氧化电压可以提高该结构的消光比，且模板的孔径越大，样品的消光比越高；借助扩孔的方法虽然也可增大模板的孔径却没有改善样品的偏振性能。利用二次阳极氧化法制备了具有分枝结构的多孔铝模板，并在该模板中合成了Cu纳米线。多孔铝模板的上下表面和复合结构的侧面SEM形貌表明，我们制备出了具有分枝结构的多孔铝模板以及Y形分枝状Cu纳米线。测量了样品的透射光谱和偏振光谱，实验发现具有分枝结构的多孔铝模板在近红外光区的透射率达到了90％，可以作为近红外偏振器件的模板；含Y形分枝状Cu纳米线结构多孔铝膜在近红外光区具有较高的透射率和较好的偏振性能，本实验中得到了15～18 dB的消光比以及0.1～0.3dB的低插入损耗。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 纳米材料
• 1.1.1 纳米材料的基本内涵
• 1.1.2 纳米材料的制备方法
• 1.1.3 纳米材料的分析方法
• 1.2 模板法制备纳米材料研究进展
• 1.2.1 多孔铝（PAA）模板概述
• 1.2.2 多孔铝模板制备纳米材料的常用方法
• 1.3 偏振器件及其研究进展
• 1.3.1 偏振器件的类型
• 1.3.2 微型偏振器件的研究进展
• 1.4 本课题的研究内容和意义
• 1.4.1 含金属多孔铝膜微偏振器件的研究现状
• 1.4.2 本课题的主要内容与意义
• 第二章 含金属纳米线多孔铝膜的偏振原理及测量方法
• 2.1 引言
• 2.2 金属纳米线阵列的起偏机制
• 2.2.1 金属线栅型偏振器的偏振原理
• 2.2.2 金属纳米线阵列的起偏机制
• 2.3 含金属纳米线多孔铝膜偏振特性的理论研究
• 2.3.1 理论模型
• 2.3.2 P分量的光学损耗
• 2.3.3 S分量的光学损耗
• 2.3.4 样品的消光比
• 2.4 样品偏振特性的测试方法
• 2.5 小结
• 第三章 含一维金属纳米线多孔铝膜的偏振特性
• 3.1 样品的制备
• 3.1.1 多孔铝模板的制备
• 3.1.2 金属纳米线的电化学沉积
• 3.2 Cu/PAA的结构与表征
• 3.2.1 样品的形貌特征和X射线衍射图谱
• 3.2.2 样品的透射光谱图
• 3.3 模板孔径变化对Cu/PAA结构偏振性能的影响
• 3.3.1 模板制备电压对Cu/PAA偏振性能的影响
• 3.3.2 模板扩孔对Cu/PAA偏振性能的影响
• 3.4 小结
• 第四章 含分枝铜纳米线多孔铝膜的偏振特性
• 4.1 引言
• 4.2 分枝多孔铝模板的生长机制与样品制备过程
• 4.2.1 分枝多孔铝模板的生长机制
• 4.2.2 分枝多孔铝模板的制备
• 4.2.3 分枝状铜纳米线的制备及样品的后处理
• 4.3 含分枝Cu纳米线多孔铝膜的结构与偏振性质
• 4.3.1 样品的结构表征
• 4.3.2 分枝结构多孔铝的光学性质
• 4.3.3 含Y形Cu纳米线多孔铝膜的偏振性质
• 4.3.4 分析与讨论
• 4.4 小结
• 全文总结
• 参考文献
• 在校期间的研究成果及发表的学术论文
• 致谢