Thin Films for Integrated Optics Applications pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Materials Research Society

作者:Marder, Seth R. 编

出品人:

页数:290

译者:

出版时间:1995-10

价格:USD 74.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9781558992955

丛书系列:

图书标签:

• 薄膜
• 集成光学
• 光子学
• 材料科学
• 光学工程
• 半导体
• 纳米技术
• 器件物理
• 薄膜技术
• 光学薄膜

《微纳结构的光学特性与器件设计》 本书深入探讨了微纳结构在光学领域的应用，重点聚焦于其独特的光学特性以及如何将其转化为创新的光学器件。我们旨在为读者提供一个全面而深入的理解框架，从基础的光物理原理出发，逐步构建起对复杂微纳光学现象的认知，并最终引向实际器件的设计与实现。 第一章：光与物质相互作用的基本原理 本章将从根本上回顾光与物质相互作用的经典理论，包括麦克斯韦方程组在介质中的传播，以及电磁波与宏观介质的相互作用。在此基础上，我们将引入量子力学视角，阐述光子与原子、分子相互作用的机制，如吸收、发射和散射。重点将放在理解光在不同材料中的行为，例如光的折射、反射、衍射和干涉等现象，并介绍这些现象在理解微纳结构光学特性时的重要性。 第二章：微纳结构的定义、制备与表征 本章首先清晰界定“微纳结构”的概念，区分不同的尺寸尺度（微米、亚微米、纳米）及其对光学性质的影响。随后，我们将详细介绍各种用于制备微纳结构的先进技术，包括但不限于： 光刻技术： 紫外光刻、电子束光刻、纳米压印等，阐述其工作原理、分辨率限制以及在特定材料上的应用。 薄膜沉积技术： 物理气相沉积（PVD，如蒸发、溅射）和化学气相沉积（CVD，如PECVD、LPCVD）等，探讨不同沉积方法的机理、优缺点及其对薄膜均匀性、成分和晶体结构的影响。 刻蚀技术： 干法刻蚀（如反应离子刻蚀 RIE、感应耦合等离子体刻蚀 ICP）和湿法刻蚀，分析其选择性、各向异性以及对微纳结构形貌的控制能力。 其他新兴技术： 如聚焦离子束（FIB）直写、自组装技术等，介绍其独特的制备优势和应用场景。 在表征方面，本章将重点介绍用于分析微纳结构形貌、尺寸、成分和光学性能的先进技术： 显微成像技术： 扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM），阐述其成像原理、分辨率以及在结构分析中的作用。 原子力显微镜（AFM）： 介绍其表面形貌测量原理，以及在纳米尺度结构探测中的应用。 光谱分析技术： 紫外-可见-近红外（UV-Vis-NIR）光谱、傅里叶变换红外（FTIR）光谱、拉曼光谱，阐述其如何用于材料成分、化学键和光学常数的分析。 光学表征技术： 椭偏仪（Ellipsometry）用于测量薄膜的厚度和光学常数；掠入射X射线衍射（GIXRD）用于分析薄膜的晶体结构和取向；X射线光电子能谱（XPS）用于表面化学成分分析。 第三章：微纳结构的光学散射与衍射现象 本章将深入探讨微纳结构引起的光学散射和衍射现象，这些现象是许多光学器件功能的基础。 米氏散射理论： 适用于尺寸与波长相当的粒子（微米尺度），分析散射强度、方向性和极化特性。 瑞利散射： 适用于远小于波长的粒子，阐述其与波长四次方成反比的散射规律。 衍射理论： 夫琅禾费衍射： 分析平行光通过狭缝、孔径等时的远场衍射图样。 菲涅尔衍射： 分析非平行光或近场区域的衍射现象。 光栅衍射： 详细讨论衍射光栅（包括平面光栅和周期性表面结构）的光谱分束和成像原理，介绍不同类型的光栅（透射光栅、反射光栅、凹面光栅）。 表面等离激元激发的散射： 探讨金属纳米结构表面等离激元共振引起的增强散射效应，及其在超灵敏检测和光谱增强中的应用。 第四章：周期性微纳结构的光学特性 本章将聚焦于具有周期性排列的微纳结构，这类结构在光学领域展现出独特的控制能力。 布拉格衍射与布拉格光栅： 解释周期性结构如何利用布拉格条件实现选择性反射和透射，形成光子带隙。 光子晶体： 一维光子晶体（多层膜）： 详细分析其光谱特性，如反射带、透射带、边缘态等，及其在滤光器、谐振腔中的应用。 二维光子晶体： 探讨二维周期结构（如光子晶体光纤、光子晶体表面）的光子带隙形成机制，以及其在光路引导、超材料设计中的潜力。 三维光子晶体： 简述三维结构的设计与挑战，以及在全光子带隙材料方面的研究进展。 表面等离激元光栅： 分析金属表面周期性结构诱导的表面等离激元共振，以及其在增强光学效应、高效耦合光与等离激元方面的作用。 第五章：微纳结构在光学器件中的设计与应用 本章将前面章节所介绍的光学原理和微纳结构特性，转化为具体的光学器件设计，并阐述其应用。 衍射光学元件（DOE）： 衍射透镜（Fresnel Zone Plate）： 介绍其聚焦原理和设计方法。 衍射光栅： 在光谱仪、波长选择器、全息存储中的应用。 衍射束整形器： 如DOE实现特定光束轮廓（如平方-高斯光束、贝塞尔光束）。 光子晶体器件： 光子晶体滤波器： 基于光子带隙特性实现窄带滤波。 光子晶体波导： 引导光在亚波长尺度下传播，实现高集成度光路。 光子晶体谐振腔： 产生高品质因子的谐振，用于传感器、激光器。 光子晶体光源： 利用光子晶体效应调控发光特性。 超表面（Metasurfaces）： 相位控制超表面： 通过纳米结构精确控制光的相位分布，实现平面透镜、全息图等。 振幅与偏振控制超表面： 实现对光强和偏振态的独立调控。 吸收型超表面： 设计具有特定吸收特性的超材料，用于红外吸收、热辐射控制。 传感器件： 表面等离激元共振（SPR）传感器： 利用表面等离激元对周围环境折射率的敏感性进行检测。 光子晶体传感器： 基于光子带隙或谐振特性的变化进行传感。 结构光光栅传感器： 利用衍射或结构光场的空间编码进行传感。 微纳结构光学与生物医学应用： 生物成像增强： 利用表面增强拉曼散射（SERS）或表面增强荧光（SEF）提高检测灵敏度。 细胞操控与光镊： 利用微纳结构产生的衍射力或梯度力进行细胞操纵。 药物输送载体： 微纳结构作为靶向输送或控释的载体。 第六章：未来发展趋势与挑战 本章将展望微纳结构光学领域的未来发展方向，并讨论当前面临的挑战。 智能化微纳结构： 结合机器学习和人工智能，实现动态可调、自适应的光学功能。 多功能集成器件： 将多种光学功能集成到单一微纳结构平台。 新型材料的探索： 如二维材料（石墨烯、MXenes）、量子点等在微纳结构光学中的应用。 大规模、低成本制备技术： 突破现有制备方法的局限，实现工业化生产。 先进理论模拟与设计工具： 发展更高效、更精准的数值模拟方法。 跨学科融合： 促进光学、材料科学、电子工程、生物医学等领域的交叉融合。 本书力求通过详实的理论讲解、丰富的实例分析以及前沿的研究进展，为读者在微纳结构光学领域的研究和开发提供坚实的基础和广阔的视野。

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