人工局域表面等离子体中环偶极子耦合效应研究

为了研究微波频率下人工局域表面等离子体中环偶极子的激励和耦合效应,设计了双层紧凑型金属圆盘结构。该金属圆盘结构由双层单裂谐振环阵列及介质板组成。采用微波激发该结构上层环偶极子模式,再利用介质板耦合到下层环偶极子,实现环偶极子级联耦合。通过调整上下谐振环的阵列数量,谐振口的大小以及中间介质板的介电系数的变化,获得双层阵列的上下环偶极子模式的耦合结果。研究结果表明,该模式可以产生多峰环偶极子效应,丰富了对人工局域表面等离子体中环偶极子模式间耦合效应的认识,可为新型传感器的设计和应用提供参考。     

表面等离子体耦合荧光装置小型化改进与性能分析

搭建了结构紧凑简单、性能稳定、成本低廉的表面等离子体耦合荧光（SPCE）小型装置。通过对罗丹明S101样品荧光信号角度分布和偏振性的测试,分析了该小型装置的仪器性能,结果令人满意。该装置完全能够满足SPCE一般的测试要求,可望推广使用。     

用于光束整形的表面等离子体双光栅结构

为了对双边布拉格反射波导半导体激光器的远场双瓣特性进行整形,使之合并成为单瓣出光远场,在布拉格反射波导的出光腔面上制作了表面等离子体双光栅结构。利用Au-SiO₂光栅结构对表面等离子体的耦合效应和表面等离子体的透射增强现象将双瓣远场耦合成为单瓣出射,然后通过Au-Si₃N₄光栅结构将透射的表面等离子体耦合成为光子进行准直出射,最终得到单瓣准直的远场光斑。计算结果表明：当Au-SiO₂光栅厚度为50 nm,填充因子为0.5,光栅周期为350 nm;Au-Si₃N₄光栅厚度为70 nm,填充因子为0.5,光栅周期为660 nm时可以得到远场发散角压缩到6.1°的整形光斑,比没有双光栅结构的发散角缩小了3.6倍;其远场透射光功率达到了模式光源的62%,是没有双光栅结构单瓣出射功率的1.59倍;同时腔面反射率也降低到12.4%,是没有双光栅结构的0.53倍。结果显示,提出的双光栅结构优化了布拉格反射波导半导体激光器的出光远场特性。     

基于周期性光栅结构的表面等离激元探测

表面等离激元具有突破光学衍射极限、局域场增强等特点,有望代替电子和光子作为信号载体,综合光学系统的高带宽特性与电子系统的紧凑性,构建新一代高速、高集成化的光电集成电路。为了有效探测表面等离激元,基于时域有限差分法提出一种基于周期性光栅的平面型表面等离激元探测结构模型,其中包括耦合光栅、条形波导以及探测光栅。首先简要阐述了探测结构的工作原理,并建立了工作在670,1310和1550 nm波段的仿真模型;同时研究等离激元耦合效率随入射光偏振角度的变化以及等离激元吸收率与波导长度的关系;最后实验制备了相应的表面等离激元探测结构。结果表明:表面等离激元的耦合效率与偏振角度成余弦平方关系;在670 nm波段,吸收率在波导长度为5μm的条件下为4.3%,衰减长度为17.1μm,与表面等离激元传播长度的理论值17.5μm基本吻合;实验测得的光电流随偏振角度的变化趋势与仿真的吸收率变化趋势一致,证实了上述模型能够实现对表面等离激元的有效探测。所提出的表面等离激元探测结构模型为将来高速、集成化的新型光电集成电路提供了理论和实验基础。     

表面等离子体子共振传感器Ⅱ：实验装置与仪器

讨论了棱镜、光纤和光栅三种类型表面等离子体子共振（SPR）传感器实验装置,着重讨论了棱镜型SPR实验装置,包括构成SPR实验装置的部件及影响因素等。简单介绍了目前市售的几种SPR商品仪器。     

表面等离子体激元透镜设计及其数值计算

提出了一种新的表面等离子体激元透镜的设计方案,该方案通过在两个亚波长小孔的外表面放置电介质光栅实现对入射光束的有效会聚。利用遗传算法研究了波导中表面等离子体激元的色散关系,结果表明,通过调节亚波长小孔的宽度和介电常数可以有效地调控有效折射率,从而实现对亚波长金属平板波导结构中表面等离子体激元传播特性的调控。利用时域有限差分方法(FDTD)结合完美匹配层(PML)边界条件数值模拟了此结构中的光场分布,讨论了光栅周期数对成像特性的影响,从而深入理解了纳米聚焦效应的物理机制。结果显示,随着表面光栅数的增多,焦距和焦斑大小都在增加。光栅数从5增加至11时,焦距由1.715μm增大至2.325μm,焦斑大小由0.615μm增大至1.715μm,这一结构有可能被用作未来集成光路中的纳米聚焦器件。     

传感气体的一个新方法：利用光栅上表面等离子体谐振现象

利用表面等离子体谐振现象,传感介电常数的微小变化。这项技术的原理是基于在弱信号的背景上测量谐振的最大值,改善了弱信号给出的信噪比高于以前报导过的表面等离子体技术。在银的表面上,传感压缩的几种有机蒸汽用于证明此项技术的有效性。     

氧化石墨烯集成极大倾角光纤光栅LSPR的癌症标记物传感器

提出了一种基于氧化石墨烯(GO)集成极大倾角光纤光栅(ExTFG)的局域表面等离子体共振(Local Surface Plasmon Resonance,LSPR)免疫传感器,用于对癌症标志物——细胞程序性死亡-配体1(PD-L1)的无标记和特异性检测。利用大尺寸(粒径约为165 nm)金纳米壳(AuNs)作为LSPR载体固定在光纤表面,然后再将GO涂敷于光纤表面来改善ExTFG-LSPR传感器的疏水特性,以增强传感器对生物分子蛋白的吸附能力,最后将PD-L1单克隆抗体(anti-PD-L1MAbs)通过共价键结合在光纤表面GO的羧基端用于PD-L1的特异性检测。实验结果表明:该免疫传感器对磷酸盐缓冲液中PD-L1抗原的检测范围为0.038～38.46 pmol/L,在0～2 pmol/L的低浓度区保持着良好的线性度,灵敏度约达0.114 nm/(pmol·L-1),对PD-L1抗原的检测极限低至约0.076 pmol/L,解离系数约为2.801×10-12mol/L;当用于不同的健康血清样本和肝细胞癌(HCC)血清样本的临床免疫检测,对前者的响应极其微弱,而对后者具有明显的响应。因此,该免疫传感器在复杂血清环境下对PD-L1标记物具有良好的临床特异性,具有较大的应用潜力。     

利用棱镜结构高效率地耦合出表面等离子波

表面等离子波是指在金属和介质表面传播的电磁波,在垂直界面方向上呈指数衰减,提出了一种棱镜结构用以耦合出由K retschm ann结构产生的表面等离子波,使反射、吸收能量转化为透射光。棱镜结构在数值模拟中可以被简化为多层介质结构,利用传输矩阵方法模拟了高斯光束入射到这种结构中的传播情况,形象地得到了产生表面等离子体共振和表面等离子波耦合的结果。模拟结果显示提出的棱镜结构达到了接近70%的耦合效率,可以应用于偏振分光器件;并且利用这种结构还可观察到高斯光束分裂现象。     

镀金属膜长周期光纤光栅的传感特性

本文基于耦合模理论, 建立了严格的四层金属膜理论模型, 探讨了镀金属膜长周期光纤光栅(Long-period fiber grating, LPFG)的温度、 应变及折射率特性, 以及镀膜参数对镀金属膜长周期光纤光栅光谱特性的影响.仿真结果表明, 长周期光纤光栅表面最优的金属膜厚度将引起表现等离子共振(Surface-plasmon resonance, SPR)特性, 这一特性将使得LPFG 对稳定及折射率都有较高的敏感性, 而对应变影响较小. 理论分析表明, 银膜厚度在0.8-1.2 nm 范围内时, 折射率敏感度达到最大值为42.402 6, 敏感度增加4.5%. 仿真结果为镀膜长周期光纤光栅的设计及参数优化提供了理论指导.     

一种可控曲面光栅的研制

提出了一种制作曲面变间距光栅的方法。首先在平面基片上制作光栅,然后通过一种高分子材料(PDMS)作为载体将光栅转移到曲面上,而事先涂在曲面上的混合溶胶-凝胶取代了传统的光刻胶,使得光栅的制作效率大大提高。采用这种方法在曲率半径为100 mm的凹球面基底上制作了平均线密度为80 l/mm的光栅,并用环境扫描电镜以及数字图像处理法检测了光栅的线密度分布。检测结果表明:光栅质量好,条纹清楚,衍射效率也没有降低。所制曲面光栅具有平面光栅和透镜两种光学器件的功能,可用曲面变间距光栅一种光学元件取代透镜和平面光栅两种光学元件,简化了光路,提高了制作效率,降低了成本。     

基于非线性磁场耦合的寄生式时栅位移测量方法

由于大型机床的回转工作台具有大型、中空、强冲击振动等特点,在闭环控制过程中无法安装传统角编码器,而现有检测方法具有安装要求高、精度无法保证等问题,提出一种利用与转台同轴刚性连接的蜗轮的齿槽等分特性实现角度测量的寄生式时栅测量方法。首先利用蜗轮蜗杆齿面坐标变换和啮合方程,建立蜗轮齿顶面数学模型;其次采用分段函数方法研究传感单元与蜗轮齿顶面磁场耦合面积变化,建立非线性磁场耦合条件下的位移传感理论模型。在特定蜗轮和传感器参数条件下,对传感器建模并进行有限元仿真。根据仿真结果修正理论模型,优化传感器结构并制作原理样机,搭建实验平台进行实验验证。实验结果表明,在整周范围内传感器静态测量误差峰峰值达到7″,为应用于非线性磁场耦合条件下的寄生式时栅位移传感器开发提供了理论依据。     

A diaphragm-type fiber Bragg grating pressure sensor with temperature compensation

A diaphragm-type fiber Bragg grating (FBG) pressure sensor with two bare FBGs directly bonded on a circular diaphragm along the radial direction has been proposed and studied. Measurement principle and simulation analysis of the pressure sensor are introduced. Using the wavelength shift difference of the two FBGs which respectively measure the positive and negative strain as sensing signal, the pressure sensitivity is increased and the temperature cross-sensitivity is compensated. Experimental results indicate that the measurement sensitivity is 1.57 pm/kPa in a range from 0 to 1 MPa, the correlative coefficient reaches 99.996%, and the temperature compensation performance is distinct. This kind of pressure sensor could be used to measure and monitor the static/dynamic pressure of gas or liquid.     

等倾干涉条纹在SPR现象中的规律研究

对叠加在SPR曲线上的等倾干涉务纹的变化规律进行了研究。通过计算干涉条纹周期随入射角度的变化，发现干涉条纹周期在原SPR谐振角附近，存在着-个奇异的尖锐的突起，称之为SPR干涉谐振峰，尖峰所对应的入射角称为干涉谐振角θint-SPR．对于涉谐振角θint-SPR与敏感膜厚度和折射率的关系进行了计算与分析。理论计算表明：干涉谐振角θint-SPR与敏感膜厚度和折射率有着良好的线性关系，并与SPR谐振角θSPR的线性具有相同的量级，这说明可以通过测定干涉谐振角θint-SPR来检测金膜表面的生物分子相互作用，从而提出了一种确定SPR峰值移动的全新的方法。     

光纤光栅传感测量网络中数据采集的实现

设计了一种用于光纤光栅传感测量网络的数据采集系统．给出了系统的基本电路连接围，详细分析了信号的检测．放大．滤波及转换处理，该系统较好地应用到光纤光栅传感测量实验中。     

小形变变形镜的设计及其在低像差脉冲压缩光栅中的应用

考虑激光脉冲啁啾放大与压缩技术要求脉冲压缩光栅有较低的像差,设计并制作了一个小形变变形镜来补偿大口径光栅基板加工残余的亚微米级静态像差对光栅波像差的影响。该变形镜有效口径为80mm、厚度为5mm,包含19个分立式压电促动器。采用干涉仪测量得到各个促动器的响应函数,构建了变形镜的刚度矩阵;采用最小二乘法求解出获得目标面形时各个促动器上所需施加的控制电压;通过整体优化和局部优化的结合,使变形镜的目标面形得到了有效控制。应用该变形镜构建了主动式全息光学记录系统,并选用具有较大像差的基板开展了光栅像差补偿实验。实验显示,对残余像差为~0.93λ的基板,采用变形镜后制作出了残余波面PV可达0.14λ(@633nm)的脉冲压缩光栅,验证了小形变变形镜在光栅基底像差补偿上的有效性。     

利用电场与磁场耦合制备微型化频率选择表面

利用感性表面(金属栅格)与容性表面(间隔的金属环形贴片)之间的耦合机制制备了微型频率选择表面(MEF-SS).依据传输线理论给出电感、电容近似公式,定性分析了MEFSS结构参数,采用全波分析矢量模匹配法计算了不同几何结构参数与耦合层电参数MEFSS的传输特性.通过镀膜与光刻法在500 μm厚聚酰亚胺膜两侧以矩形排列方式...     

用全息位相光栅测量IVA视力的光学设计

阐述了人眼视网膜激光干涉条纹视力 IVA(视网膜视力 )测量的原理 ,设计了一套测量视网膜视力的光学系统。该系统采用 He- Ne激光作为光源 ,通过一全息位相光栅产生所需要的两相干点光源 ,从而获得对应视网膜视力的相干条纹。实验结果表明 ,采用本方法获得的用于测量视网膜视力的相干条纹稳定、可靠 ,测试装置整体结构紧凑 ,能较为准确地测量人眼的视网膜视力。     

极坐标激光直写系统光轴和转轴对准的光栅反射对准法

提出一种光栅反射对准法:在极坐标激光直写系统中利用光栅反射聚焦光斑来校准光轴和工件台的转动轴;被光栅反射的聚焦光斑成像在CCD上。当聚焦透镜的光轴和工件台的转动轴存在对准误差时,如果转动光栅,激光光斑将在光栅上扫描出一个圆形轨迹。通过观测这个轨迹,能估算出光轴和转轴的对准误差并相应地做出调整减小对准误差。采用光栅反射法,现将光轴和转轴的对准误差减少到小于0.5μm。