复合结构的等离激元模式耦合关系及光学特性研究

提出一种以Au为材料的正方形框和中空圆柱嵌套的亚波长周期性复合结构,采用时域有限差分算法对复合结构进行数值模拟研究.研究发现,波长在400～900 nm的线偏振平面波垂直入射情况下,最小的透过率能达到7.46％,最小的半峰全宽能达到7.25 nm,最大的反射率为87.61％,最大吸收率达到38.00％,且表现出透射光谱...     

Au/TiO2复合纳米结构增强热电子光电探测器宽谱响应性能

宽谱响应光电探测器在图像传感和光通信等领域应用前景广阔。金属微纳结构通过激发表面等离激元共振效应可高效产生热载流子,将它们与宽带隙半导体构成异质结构,便可利用热载流子开发出低成本宽谱响应光电探测器。研究设计了一种基于Au/TiO₂复合纳米结构的热电子光电探测器。其中TiO₂层经退火后形成尺度约为百纳米的凹凸结构,Au纳米颗粒层与用作电极的保形Au膜共同组成了激发表面等离激元共振的纳米结构。由于Au/TiO₂复合纳米结构的协同作用,该器件在400～900 nm范围内具有宽谱光吸收性能,器件的平均光吸收效率为33.84%。在此基础上,该器件能够探测TiO₂本征吸收波段以外的入射光子。例如,在600 nm波长处,器件的响应率为9.67μA/W,线性动态范围为60 dB,器件的上升/下降响应速度分别为1.6 ms和1.5 ms。此外,利用有限元法进行了仿真计算,通过电场分布图验证了Au/TiO₂复合纳米结构中所激发的丰富表面等离激元共振效应是其实现宽谱高效探测的原因所在。     

纳米颗粒局域表面等离激元共振的光谱特性研究进展

LSPR与以往的SPR相比,具有独特的光学特性,在紫外-可见光区域表现强吸收作用的光学响应,且在温度,生物以及化学等传感器领域做出了比较独特的研究。通过对LSPR在传感器领域已有成果的论述,将这些内容呈现给读者。     

超高温金属纳米结构增强吸收特性的仿真研究

利用表面等离子体改变材料吸收光谱特性越来越受到关注。为了增强超高温金属纳米结构的吸收特性,设计了超高温金属-金属以及膜层-金属-金属表面等离子体周期纳米结构,仿真分析其在波长200~4 000 nm光谱范围内,不同参数对材料吸收谱特性的影响。仿真分析表明,不同参数的吸收光谱中均会出现吸收峰,且吸收率达93%以上。而介电材料、金属纳米结构的周期、尺寸和深度是影响吸收率的主要因素。同时,介电材料和周期还会对吸收峰出现的位置产生影响。该仿真结果为超高温表面等离子体材料的吸收特性应用的研究提供了理论基础。     

表面等离激元纳米结构增效的光电探测器进展（特邀）

光电探测器作为航空航天、深空探测和环境监测等领域的核心器件之一,具有重要的科学研究和实用价值。表面等离激元具有可突破光学衍射极限、实现纳米聚焦的性质,为光电探测器的性能提升提供了全新的技术手段,是近年来光电探测增效研究领域的热点之一。文中围绕表面等离激元纳米结构增效的光电探测器研究展开综述,首先介绍了各类表面等离激元纳米结构的物理特性,主要包括局域表面等离激元结构和传导型的表面等离极化激元结构,以及由表面等离激元金属和半导体材料构成的异质结构;然后重点从探测器性能、探测原理和工艺方法等角度,介绍了等离激元纳米结构增强的光电探测器的研究进展;最后对表面等离激元纳米结构增效的光电探测器及其在未来面临的挑战进行了总结和展望。     

增益金纳米球壳光学特性研究

通过有限元方法研究了增益系数以及核壳比对纳米核壳结构表面等离激元共振特性的影响,并且对球心为增益介质、球壳为金的纳米核壳结构进行了数值模拟。计算结果表明：随着增益系数增大到临界值,散射截面增大近2x105倍,吸收截面变为负值,消光截面近似为0,电场强度增强近185倍,谐振带宽从60nm缩小到1nm。同时,随着核壳比的增大,吸收及消光共振峰均发生红移现象。我们的相关结果可为增益介质在金属纳米结构中的应用提供了理论参考和技术支持。     

银纳米线-三角片耦合结构发射光的偏振依赖特性

银纳米线可以承载传播的表面等离激元,纳米片可以产生局域的表面等离激元,二者形成的耦合结构不但可以将传播光场耦合为局域增强光场,还可以调控光场的偏振态等性质,为纳米光调控提供新的自由度。本团队构建了银纳米线-三角片耦合结构,并发现耦合结构的发射偏振与纳米线-三角片的耦合方式有关：当三角片与纳米线之间是“线”接触耦合时,耦合结构的发射偏振随着激发偏振的旋转而旋转;当二者是“点”接触耦合时,无论激发偏振如何变化,发射偏振角度几乎保持160°不变。进一步,利用时域有限差分法验证了出射偏振对入射偏振的依赖特性。通过计算自由电流密度体积分揭示了纳米线中传播的表面等离激元模式与银纳米线-三角片耦合模式的转化机制,以及不同表面等离激元模式的叠加对发射偏振的调控。这些发现为纳米尺度上的光调控以及在纳米尺度上构建纳米光子器件提供了更多灵活性。     

亚10纳米超薄金属膜：制备、光学性质及应用

当金属膜厚度降低到几个纳米尺度时,其光学性质与体相金属显著不同,如具有宽波段红外高吸收率、可电调控的等离激元和较强的非线性光学响应等。然而金属膜在电介质衬底上的润湿性较差,其在生长初期以岛状生长模式为主,难以生长成连续的超薄膜。首先介绍了超薄金属膜的介电函数理论。随后综述了制备超薄金属膜的主要方法,包括种子层法、有机修饰法、共沉积法和低温沉积法。接着介绍了超薄金属膜的光学性质及应用。最后从制备工艺、应用等方面展望了超薄金属膜相关研究的发展方向。     

等离激元纳米海胆结构增强热载流子的产生与注入

等离激元激发产生的热载流子可以有效驱动化学反应的发生,进而实现太阳能的高效利用。合理设计等离激元金属纳米结构是提高热载流子产生与注入效率,进而实现超宽光谱吸收和高效能量转换的有效途径。本课题组制备了具有高密度尖端的等离激元纳米海胆颗粒,并构建了金属半导体复合结构的光阳极,通过测试光阳极微反应区的光电流响应评估了热载流子的产生与注入效率。结果表明：纳米海胆结构具有优异的光电催化活性,其尖端处的大量热点促进了热载流子的产生,金属与半导体间丰富的界面接触增加了热载流子的注入机会。该设计为热载流子的高效激发与提取提供了参考。     

Quasi-Ordered Nanoforests with Hybrid Plasmon Resonances for Broadband Absorption and Photodetection

With the continuing development of green energy technology, solar energy is the most widely distributed and easily utilized form of energy in nature. High-absorption absorbers over a wide spectrum range are beneficial for solar energy harvest. Herein, a fast and efficient method is developed to fabricate a broadband absorber consisting of quasi-ordered nanoforests and metal nanoparticles using a simple plasma bombardment process on a 4-inch silicon wafer, offering high throughputs that can meet practical application demands. The absorber exhibits high absorption exceeding 90% from 300 to 2500 nm, good absorption stability with negligible disturbance from the polarization and the incident angle of light. This effective absorption behavior can be ascribed to multilevel hybridization of the plasmon resonances in the hybrid structures and cavity mode resonances inside the nanoforests. Furthermore, the absorber is integrated onto a thermopile for photodetection with largely enhanced photoresponse from 532 to 2200 nm. The photoinduced voltage of the devices shows a large increment of 433% at 100 mW cm⁻² light power density, in comparison with a contrast pristine thermopile. It is expected that such a broadband absorber holds great potential for multiple applications, including solar steam generation, photodetection, and solar cells.     

舰用短波宽带鞭状天线研究

设计了一副双加载舰用短波宽带7m鞭状天线,建立了矩量法仿真模型,利用遗传算法优化了加载位置、加载网络参数和匹配网络参数,计算了天线的电压驻波比、增益和方向图.实际制作了一副天线并进行了测试,实测的电压驻波比和增益数据与仿真计算结果相吻合,在3.5～30MHz频率范围内天线驻波比小于3:1,在8～30MHz频率范围内平均增益大于2dBi.     

高深宽比金属光栅制备及中红外波段传感特性

利用纳米压印结合溅射和反应离子刻蚀工艺制备了具有高深宽比的金光栅,使用傅里叶变换红外光谱仪测得了反射谱线.测量结果显示,只在p偏振光垂直于光栅矢量方向入射条件下才存在共振反射峰,证明了“伪表面等离子体激元波”的存在.基于严格耦合波分析理论计算了金属光栅的反射率,研究了其作为中红外波段波长调制型表面等离子体共振传感器的可行性.数值计算表明负级次衍射光波对应的共振反射峰的移动能获得较高的波长灵敏度.对于深宽比为10的金光栅结构,+1级次和-3级次衍射光波对应的波长灵敏度分别为1600 nm/RIU和5000 nm/RIU,品质因子分别为20 RIU-1和60RIU-1.     

Context‐aware hybrid satellite‐terrestrial broadband access

One of the key performance targets on the European Commission's Digital Agenda is to provide at least 30‐Mbit/s broadband coverage to all European households by 2020. The deployment of existing terrestrial technologies will not be able to satisfy the requirements in the most difficult‐to‐serve locations, either due to a lack of coverage in areas where the revenue potential for terrestrial service providers is too low or due to technological limitations that diminish the available throughput in rural environments. In this paper, we investigate a hybrid broadband system combining satellite and terrestrial access networks. The system design and the key building blocks of the intelligent routing entities (referred to as intelligent gateways) are presented. To justify the hybrid broadband system's performance subjectively, lab trials have been performed with an integrated multiple access network emulator and a variety of typical multimedia applications that have varying requirements. The results of the lab trials suggest that the quality of experience is consistently improved thanks to the utilisation of intelligent gateway devices, when compared with using a single access network at a time.     

谈大功率短波宽带天线的收发开关

本文首先研究和探讨了大功率短波宽带天线和大功率短波宽带天线收发开关设计的意义和价值,并对一种大功率短波宽带天线收发开关的设计展开研究和探讨,为大功率短波宽带天线收发开关的研究和设计提供资料参考.     

基于钒的表面等离子体宽带广角红外光吸收器

探讨了基于金属钒亚微米结构的表面等离子体宽带广角红外光吸收器,它由置于表面涂覆介质层的金属钒衬底上方周期性排列的无限长钒条构成。使用有限元方法计算了其吸收谱,当P极化平面电磁波以小角度(小于20°)入射时,吸收率达到98%以上,波长为1.08～1.60μm;当P极化平面波以大角度(小于50°)入射时,吸收率达到98%以上,波长为1.08～1.44μm;当P极化平面波以10°入射时,谐振峰(λ=1.54μm)的吸收率达到99.9%。此外,由于金属钒的熔点很高,基于金属钒的吸收器可用于强光高功率的场合。     

用于高功率激光放大器的单层宽谱增透膜

为了获得用于高功率激光放大器的单层宽带增透膜,采用有机聚合物聚乙烯吡咯烷酮掺杂调控二氧化硅胶体生长制备了粒度分布更宽广的稳定胶体体系,通过提拉镀膜工艺,制备了单层增透膜。采用粒度仪和粘度仪监测胶体的性质,用分光光度计测量了膜层透过率,并用X射线能谱分析了膜层结构。结果表明,聚乙烯吡咯烷酮引入胶体中使得胶体粒度分布更宽,所得膜层具有折射率渐变特性,因而膜层具有宽带增透的效果;膜层在550nm~950nm连续波段内透射率不低于99%。单层宽谱增透膜层不需后处理就可投入使用,膜层性能稳定,满足了激光装置片状放大器的运行要求。     

一种高线性短波宽带混频器的设计

采用双平衡场效应管结构和阻抗匹配技术设计了一种适用于短波宽带接收机的高线性混频器,通过调整场效应管的沟道宽度和偏置电压优化了混频器的性能指标.该混频器射频输入频率为1.5～ 30 MHz,本振输入频率为71.5～100MHz,中频输出频率为70 MHz.测试结果表明:输入三阶截点高于40 dBm,变频损耗小于7dB,1 dB压缩点高于12 dBm,单边带噪声系数小于7dB.     

Optical absorption behaviour of metal/semiconductor hybrid nanoparticle composites

Semiconductor/metal hybrid nanoparticle composites have been prepared in a glass host by a modified melt/quench process and examined with respect to their optical properties. The coated hybrid nanoparticles exhibit surface plasmon resonance absorption spectra which are red-shifted compared with that of a dispersion of homogeneous Ag nanoparticles in the same host. The position of the plasmon resonance was a sensitive function of the heat treatment schedule. A theoretical model based on effective medium theory for the coated hybrid particles was used to describe the shift of the plasmon position in the optical spectra as a function of the coating thickness. The calculated absorption spectra of the coated hybrid particles agree well with the experimental results. © 1998 John Wiley & Sons, Ltd.