Au纳米颗粒的形状和尺寸对表面等离子体的影响

通过调控Au纳米颗粒的形状和尺寸,研究了Au纳米颗粒的形状和尺寸与表面等离子体之间的关系。通过直流磁控溅射的方法在外延片上溅射Au薄膜,并采用快速热退火和常规热退火两种方式对其进行热退火,制备出Au纳米颗粒。使用不同热退火方式、不同热退火温度及不同Au薄膜厚度来改变Au纳米颗粒的形状和尺寸,并对Au纳米颗粒的表面形貌及它的消光谱进行了分析,对比了不同形貌的Au纳米颗粒对表面等离子体共振特性的影响。实验结果表明,使用普通热退火制备的Au纳米颗粒形状接近球体,而使用快速热退火得到的Au纳米颗粒的形状更接近棒体;随着热退火温度的升高,表面等离子体的共振波长发生红移;随着Au薄膜厚度的增加,表面等离子体的共振波长也发生红移。     

Surface Plasmon Resonance Sensors Based on Polymer Optical Fiber

Surface Plasmon Resonance （SPR） is a powerful technique for directly sensing in biological studies, chemical detection and environmental pollution monitoring. In this paper, we present polymer optical fiber application in SPR sensors, including wavelength interrogation surface enhanced Raman scattering SPR sensor and surface enhanced Raman scattering （SERS） probe.
Long-period fiber gratings are fabricated on single mode polymer optical fiber （POF） with 120 μm period and 50% duty cycle. The polarization characteristic of this kind of birefringent grating is studied. Theoretical analysis shows it will be advantageous in SPR sensing applications.     

表面等离子体共振传感器自适应测量光路

提出了一种用于表面等离子体共振（SPR）传感器的双棱镜自适应光路设计。采用2个完全相同的等腰直角三棱镜,1个作为Kretschmann棱镜结构传感器的元件,另1个作为光路的调整元件。当入射光固定,对双棱镜结构进行角度扫描时,出射光与入射光始终平行,只随着出射点的改变发生小的平移,利用凸透镜进行会聚,可以实现扫描过程中光探测器的固定不动。它避免了传统角扫描SPR传感器需要θ／2θ转角仪来对棱镜和光探测器分别进行θ和2θ角旋转的复杂结构,减少了运动部件,使仪器装置结构简单、紧凑、操作简便。     

准分布式光纤表面等离子体波传感器

研究了一种基于波分复用原理的准分布式光纤表面等离子体波传感器。应用光波导理论和多层膜反射理论分析了表面等离子体波效应在同一光纤探头中连续被激励的原理及其传感模型。通过数值模拟和相应实验分别考察了蒸镀调制层对表面等离子体波共振(SPR)效果的影响,并在此基础上给出了设计的一般步骤和原则。实验结果表明,蒸镀不同厚度的Ta2O5薄膜将导致表面等离子体波共振光谱发生偏移,且随着膜厚增加而逐渐发生红移;当液体折射率n0处于1.333~1.388之间时,蒸镀有Ta2O5薄膜的光纤表面等离子体波传感器波长灵敏度达到2235 nm/RIU(Refractive Index Unit);通过在一支光纤探头上依次加工两个表面等离子体波传感区域,实现了对光波信号的连续调制。     

Ag、Au纳米颗粒的激光表面修饰

通过用Nd：YAG激光（λ=1064nm）对氧化还原法制备的Ag、Au纳米颗粒的修饰,使Ag、Au纳米颗粒的尺寸均匀性得到更好的改善。用透射电子显微镜（TEM）和紫外-可见表面等离于体吸收（SPA）光谱对激光修饰后的Ag、Au纳米颗粒进行了测量和表征,结果表明,这些被修饰过的Ag、Au纳米颗粒由于自身体系发生了改变,可以作为更高效表面增强拉曼光谱（SERS）的增强基底。     

光纤表面等离子体波共振温度传感器的研究

根据液体折射率随温度变化而改变的特性，提出了一种基于表面等离子体波共振(SPR)效应的新型光纤温度传感器，分析了表面等离子体波共振光纤探头感应环境温度变化的原理。对表面等离子体波共振探头结构进行了优化设计，并进行了相关实验，为实现高折射率液体介质的感温测试和扩大测温范围提供依据。通过自行设计的一套光纤温度传感测试系统，得到系统输出的表面等离子体波共振光谱信号随温度变化的特性曲线，并提出对共振波长和最小光强反射率进行实时双参数测量的方法。实验结果表明，该测试系统具有结构简单、全光纤化、易远程测量等优点。     

表面化学修饰对CdS纳米粒子三阶光学非线性的影响

用反胶束法制备了表面修饰 AOT-SO- 3(磺基琥珀酸双 -2 -乙基己酯钠盐的阴离子 )的 Cd S纳米粒子与表面修饰 Py(吡啶 )的 Cd S纳米粒子。采用背相简并四波混频 (DFWM)的方法研究了它们的三阶光学非线性。结果表明当 Cd S纳米粒子表面上的 AOT-SO- 3被 Py取代后 ,其三阶非线性极化率增加 ,这归于表面修饰 Py的Cd S纳米粒子具有长寿命的表面受陷电子 -空穴分离态 ,从而提高了对激子吸收的漂白效率 ,增加了三阶光学非线性。     

Realizing both improved luminance and stability in organic light-emitting devices based on a solution-processed inter-layer composed of MoOX and Au nanoparticles mixture

We report on the solution-processed mixture of Au nanoparticles (NPs) and MoO_X as an inter-layer in organic light-emitting devices (OLEDs), leading to the enhanced light emission and good stability. An impressive enhancement in current efficiency and power efficiency is achieved up to 70% and 100%, respectively. A systematic study to the effect of the Au NPs:MoO_X inter-layer on OLEDs demonstrates that the improved electrical properties is mainly ascribed to the enhanced hole injection due to the high work function of MoO_X and the good conductivity of Au NPs, and the enhanced optical properties is mainly attributed to the localized surface plasmon induced by Au NPs, which makes a great contribution to the improved efficiency. Besides, Au NPs:MoO_X inter-layer also behaves superior to the frequently-used polyethylene dioxythiophene:polystyrene sulfonate (PEDOT:PSS) in device stability. The decay ratio for Au NPs:MoO_X based device is 60% after 80 h, while it is nearly dying out for the device with PEDOT:PSS inter-layer.     

金纳米球壳结构局域表面等离子体共振调谐特性

理论研究了金纳米球壳结构局域表面等离子体共振(LSPR)的调谐特性。结果表明,对于固定内径的球壳结构,利用杂化效应使得球壳结构可通过改变其厚度实现LSPR峰位的调控,并可保持较窄的谱宽;而对于不同内径的球壳,在LSPR调控过程中,随壳层厚度与球壳内半径比值的减小,吸收光谱在消光光谱中所占比例增大。不仅如此,利用杂化效应进行偶极峰位调控时所能获得的峰位调控范围与球壳内径有关,内径越大,所能获得的偶极峰位调控范围越大。     

不同波长下表面等离子体共振传感器的灵敏度

依据玻璃、银和聚苯乙烯的折射率随波长变化而改变的性质,分析了不同波长入射光条件下表面等离子体共振(SPR)传感器的探测灵敏度。根据得到的实验数据,对玻璃、银和聚苯乙烯的折射率相对波长的变化进行了数据拟合,将拟合的结果用于理论计算,得到不同入射波长下表面等离子体共振传感器的探测灵敏度,提出了不同灵敏度要求下入射波长的优化选取。为了验证理论计算的结果,选取了波长为568nm和632.8nm的光源对样品进行了相关实验,发现波长632.8nm的入射光得到的样品表面形貌图相对波长为568nm的入射光得到的分辨率高,对细节的表现更加清晰。     

金纳米粒子-黑磷异质结的光学性能研究

为了改善黑磷(BP)光探测器因BP的弱光吸收导致的光电流小和在空气中不稳定的问题,采用加热蒸发金纳米粒子(Au NP)水溶液的方法将Au NP集合到BP光探测器的表面,增强整个结构对光的吸收率和稳定性,并通过改变Au NP水溶液的加热温度控制Au NP的密度分布。结果表明,当Au NP的密度分布达到4.5×109 cm^-2时,Au NP-BP光探测器的光电流从1.02μA(BP光探测器)增加到13.36μA(电压=1 V),光响应度也相应地增加了12倍。同时,Au NP-BP光探测器的电流值在空气中保持数天无明显变化且暗电流较低。Au NP能够有效地提升光探测器的性能,有助于光探测器的实际应用。     

表面等离子共振传感器用于酒精溶液浓度的测量

采用自行搭建的基于表面等离子共振原理的传感器系统,研究了作为敏感层的不同银膜厚度对表面等离子共振敏感度的影响,并给出了最佳的银膜层厚度.根据表面等离子共振(SPR)现象对金属表面介质折射率极为敏感的特点,在固定波长为632.8 nm的He-Ne激光入射下,利用厚度为50 nm的银薄膜作为敏感层的SPR传感器来测量不同浓度的酒精溶液.通过采用玻尔兹曼方程拟合方法,得出已知酒精溶液的浓度与SPR共振角的关系,从而实现对未知酒精溶液浓度的测量.实验证明测量的浓度分辨率可达0.5%.

Abstract：

Based on surface plasmon resonance (SPR) sensor system, the influence of the Ag-film thickness on the resonance sensitivity was presented. The result shows that the optimal thickness of Ag-film as the sensitive layer of SPR sensor system is about 50 nm. In addition, according to the property that SPR is sensitive to the refractivity of the medium on metal surface, different concentrations of alcohol solution were measured in the experiments at the angular interrogation mode of SPR. The relation between the known concentrations of alcohol solution and its SPR resonance angles was obtained with Boltzmann equation. Consequently, the SPR sensor can be adopt to measure the concentration of alcohol solution and the measuring sensitivity reaches 0.5 %.     

波导型表面等离子体共振传感器传感特性计算

介绍了集成波导型表面等离子体共振传感器工作原理和基本结构,用传统波导模式的分析法结合表面等离子体波的色散方程,计算集成波导型表面等离子体共振传感器理论模型的共振波长。通过基于菲涅耳方程的解析分析,得到了含有表面等离子体共振吸收峰的透射谱。通过比较不同折射率被测物的透射谱,粗略确定了集成波导型表面等离子体传感器的检测范围。     

纳米银掺杂的液晶/聚合物全息光栅中的表面等离子体共振

报道了纳米银颗粒的局域表面等离子体共振能显著提高全息聚合物分散液晶(H-PDLC)光栅的衍射效率。着重分析了球形纳米银颗粒在PDLC中的表面等离子体共振特性,根据Mie理论,模拟计算了球形纳米银颗粒在PDLC材料中的消光光谱并得出了相应的表面等离子体共振峰值,且该值与用光谱仪测得的材料吸收峰值相近。同时,根据准静态近似理论,模拟了球形纳米银颗粒在特定波长的光照射下的球内外电场分布。证明了球形纳米银颗粒在聚合物分散液晶材料中发生表面等离子体共振,当用与共振峰值相近的激光对材料进行曝光时,可以增强液晶与聚合物的相分离过程,所制备的光栅样品结构更加整齐平滑,从而提高了光栅的衍射效率。     

便携式表面等离子体共振生物传感器在低浓度溶液定量检测中的应用

针对现有低浓度溶液定量检测技术复杂、分辨率低等问题,将自行研制的角度扫描型便携式表面等离子体共振生物传感器应用于低浓度溶液定量检测。通过实验证明了该装置和方法在低浓度溶液定量检测中的可行性。对葡萄糖溶液和甘氨酸溶液做了定量检测实验,实验结果显示,直接检测葡萄糖溶液可分辨到0.1 mg/ml。基于表面等离子体共振的低浓度溶液定量检测方法操作简便,仪器便携,可实现快速、实时高分辨率检测。     

光纤表面等离子体共振光化学传感器的原理及进展

以光纤传输技术和表面等离子体共振(SPR)技术有机结合的光纤表面等离子体共振传感器,是实现微量生物和化学活性物质定量测定的重要技术之一.介绍了光纤SPR传感器的结构,工作原理和调制方式.在最新进展中,介绍了现在应用广泛的分布式光纤SPR化学传感器,以及倾斜光栅和光子晶体这两种结构比较新颖的光纤SPR化学传感器.最后给出光纤SPR传感器的发展方向.     

金属纳米颗粒光力增强与稳定捕获研究

基于有限元算法和Maxwell应力张量法,分析了紧聚焦高斯光束照明下金基底表面的金纳米球所受光力。利用无结构的平整金基底,被捕获的金纳米颗粒和金基底之间能够产生间隙表面等离激元和局域表面等离激元共振效应,将电磁场局域在金球与金基底之间的纳米间隙内,增强了金纳米球所受光力以及光阱刚度。通过研究入射光的偏振态、金纳米球的半径、基底类型以及聚焦光束焦点到基底表面距离对光力的影响,得到了实现基底附近金纳米球稳定捕获以及获得最大光力的优化方案。     

金颗粒为活性基底的裸鼠血清表面增强拉曼散射光谱分析

对肿瘤裸鼠血清进行显微共聚焦拉曼光谱测量,并将血清的普通拉曼光谱与以金纳米颗粒为基底的表面增强拉曼散射(SERS)光谱进行对比,结果表明金纳米粒子作为活性基底对裸鼠血清具有显著的拉曼增强作用,在很多常规拉曼光谱中未能检测出的信息在SERS光谱中得以体现。这源于血清中的物质与金纳米颗粒之间的化学吸附和相互作用,使得微量样品也能够通过SERS光谱来反映出血清中各种蛋白质、脂类、糖类、核酸以及其他成分的分子结构等信息。血清中各种成分的信息可以反映体内各种细胞和组织的生理代谢及病理变化,血清的SERS光谱将为疾病的诊断和治疗提供一种有效手段。     

基于光表面等离子波共振的矿井瓦斯检测技术研究

针对矿井瓦斯检测中存在的问题,采用单芯光纤耦合的反射式光束偏转法检测技术,结合Ag/SnO2金属复合薄膜与瓦斯气体接触后发生气敏化学反应,将引起SnO2薄膜的折射率发生变化和等离子表面波共振角移动的性质,提出了一种新的瓦斯检测方法.该方法利用白光光源在覆有选择性气体吸附复合薄膜的表面激发表面等离子波,用单芯光纤耦合的反射式光束偏转法对所激发表面等离子波信息进行采集,并准确检测出环境中甲烷气体的体积分数;用最小二乘法对数据进行拟合,提高了检测精度.由仿真曲线证明,本瓦斯检测方法为瓦斯监测方法提供了一种新途径.     

基于表面等离子体共振和双频激光干涉相位测量的空气折射率测量

设计了一种基于表面等离子体共振和相位检测的空气折射率实时测量系统,该系统采用双频激光外差干涉光路和具有角漂移自适应结构的表面等离子体共振传感器。理论分析表明测量光信号的p、s分量的相位差相对于参考光信号的变化与空气折射率近似呈线性关系,并由此得到测量公式,传感器的自适应结构将角漂移引起的误差降低了一个数量级并大幅提高了测量灵敏度。与Edlen公式的测量比对实验结果表明,在44.0°入射角(共振角附近)和0.1°的相位测量精度下,空气折射率的测量精度优于5×10-6。该测量系统还可为更高精度的空气折射率测量仪提供足够精确的初值。