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基于亚波长硅基柱子的纳米光场控制研究的开题报告
一、研究背景
随着纳米技术的发展，人们对光场在纳米尺度上的行为与控制产生了极大的兴趣。亚波长光场是指光的波长远小于控制尺寸（如半波长），此时光的行为将受到几何限制而发生显著变化。因此，亚波长光场的产生与控制对实现纳米尺度下的光学操作具有重要意义。在亚波长光场中，目前广泛应用的方法是采用金属纳米颗粒，将光聚集到纳米尺度实现控制。但是，由于金属纳米颗粒受到固体基底的限制，无法实现三维电磁场分布的控制，这限制了更加复杂的光学操作。因此，需要开发基于可制备的纳米结构来实现亚波长光场的控制。
硅基纳米光学器件在微纳光电子学、生物医学、信息与通信系统等领域得到了广泛的应用，特别是在微型化、高密度和低功耗的集成光电子学中。通过制备结构化的硅表面，在基底上制造一些亚波长的硅柱，可以实现在纳米尺度下控制光场。因此，依靠亚波长硅基柱子，来实现新的纳米光场控制将会是具有重要的意义。
二、研究目的
本研究旨在设计和制备基于亚波长硅基柱子的纳米光学器件。通过制备结构化的硅表面，在基底上制造一些亚波长的硅柱，实现在纳米尺度下对光场进行控制。具体目的如下：
1.通过制备亚波长硅基柱子，研究硅基材料在纳米尺度下的光学性质；
2.研究亚波长硅基柱子的局域电磁场效应，并探索其产生机制和物理本质；
3.结合理论计算，分析亚波长硅基柱子的光学场分布，以及对光场的调控作用；
4.利用亚波长硅基柱子构建一系列纳米光学器件，并对其进行性能测试和应用探索。
三、研究内容
本研究将主要围绕基于亚波长硅基柱子的纳米光场控制展开研究。具体内容如下：
1.亚波长硅基柱子的制备与表征
通过刻蚀、电子束曝光等微纳加工技术，制备不同周期和高度的亚波长硅基柱子，并利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜等表征手段，对其形貌和结构进行表征。
2.亚波长硅基柱子的光学性质研究
通过近场光学显微镜、荧光显微镜等手段，研究亚波长硅基柱子的局域电场效应，探索其产生机制和物理本质。
3.亚波长硅基柱子的纳米光场调控
结合理论计算，分析亚波长硅基柱子的光学场分布，以及对光场的调控作用。通过调整硅柱的形态参数，实现对光场的控制和调节，实现不同光学功能的实现。
4.基于硅基柱子的纳米光学器件设计与制备
利用亚波长硅基柱子构建一系列纳米光学器件，如纳米透镜、纳米波导、光子晶体等，并对其性能进行测试和分析。同时，探索这些纳米光学器件在集成光电子学和生物医学等领域的应用。
四、研究意义
本研究的意义在于，通过制备亚波长硅基柱子，实现在纳米尺度下对光场的控制，这不仅有助于深入理解硅基柱子在纳米尺度下的光学性质，而且还可以为构建基于硅基纳米结构的光电子器件提供新的思路和方法。此外，还可以扩展无机硅材料的应用领域，为微纳光学和集成光电子学领域的发展做出贡献。同时，亚波长硅基柱子所产生的纳米光场控制技术，对于开发新型的生物、化学、物理等领域的研究具有重要价值，很有可能改变现有的研究方法和技术手段。