超宽带超低副瓣相控阵天线时域远场辐射特性研究

本文首先研究了天线时域辐射远场的基本原理,建立了计算公式.在此基础之上,分析了相控阵天线工作在窄脉冲条件下的时域辐射场,发现其时域方向性(如:时域远场峰值方向图、时域远场平均功率方向图)与频域方向性(频域远场方向图)并不一致,这种不一致性随着天线口径的增大或脉冲宽度的变窄而愈加明显,并且在天线注满时间之内表现得尤为突出.文章由此指出:对于超宽带超低副瓣相控阵天线来说,其性能用时域指标去衡量胜于用频域指标去衡量的新观点.     

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...     

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。     

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。     

金属纳米二聚体结构的局域表面等离子体激元共振特性研究

将金属纳米粒子二聚体结构作为光学谐振腔,采用 时域有限差分(FDTD)法仿真模拟了一种新型局域表面等离子体激光器(SPASER)。 使用洛伦兹复介电常数模型研究二聚体的增益介质特性,探讨了二聚体结构中 两个纳米局域表面等离子体激元共振(LSPR)以及相互作用机制,进一步研究了 LSPR相互作用对SPASER的局域场增强的影响。 模拟结果表明,相比较单纳米颗粒SPASER,LSPR的相互作用使得二聚体SPASER的局域电场显著 增强,增强因子最 大可以相差27倍。本文研究为纳米光学器件尤其是激光器件的设计提 供了依据。LSPR效应的 研究可以用于探索一些光与物质相互作用的极限效 应,从而为有源光子线路、生物传感以及量子信息处理等研究开辟道路。     

具有窄带透明窗口的金属纳米颗粒流体吸收器北大核心

为了解决金纳米颗粒在构建金属流体时存在的紫外-蓝光波段吸收较弱的问题,提出可采用由种子生长法制备的金核银壳纳米棒,该结构可将金纳米棒的局域表面等离激元共振（LSPR）移向紫外-蓝光波段,在有效增强这一波段光吸收的同时,不会影响透明窗口的透射率。实验结果表明,这种由不同尺寸的金纳米棒和金核银壳纳米棒所构成的胶体溶液,能够使紫外-蓝光波段透射率降低到1%以下,在30-1 100 nm光谱范围内实现了较好的宽带吸收,同时在中心波长730 nm附近获得了一个透明窗口,其带宽约为150 nm,透射率大于40%。这种由贵金属纳米颗粒胶体溶液所构成的具有窄带透明窗口的流体吸收器的制备方法相对简单,有望用于太阳电池、传感等领域。     

基于对称型齿波导和纳米盘的类EIT和慢光效应

设计了一种新型的基于金属表面等离子体激元（SPPs）的亚波长金属-绝缘体-金属（MIM）型类电磁诱导透明（EIT）系统,该系统由一个直波导及其两边对称的齿形腔和纳米盘耦合而成。利用耦合模式理论对结构进行分析,并通过时域有限差分方法（FDTD）进行数值模拟。当齿形腔和纳米盘的共振频率相近,可以获得类EIT效应,改变齿形腔的长度和纳米盘的半径可以调节透明窗的位置。该装置可以用作高性能的类EIT滤波器,透过率高达77.5%,半高宽低至35.5 nm,群指数高达65,为高度集成光网络提供了一种新的方法,可应用于波长选择器、超快开关、光存储等设备。     

等臂L形银纳米天线的表面等离子特性研究

利用FDTD方法分析了由银纳米线形成的等臂L形光学共振天线的共振模式。研究了其场增强特性及共振散射谱的变化。L形纳米天线的近场增强特性强烈依赖于入射偏振,入射光偏振方向沿垂直于镜面对称轴方向时有最大一阶共振近场增强;入射光偏振方向沿镜面对称轴方向时有最大的二阶共振近场增强。     

基于方形腔耦合金属波导结构的全光等离子体开关

提出了一种新型的方形腔耦合金属波导结构,该结构由两个相互平行的矩形金属波导和一个内嵌可连通的方形谐振腔构成。利用方形谐振腔局域表面等离子体实现带阻滤波特性,并通过多路复用实现双端口全光等离子体开关。采用时域有限差分方法(FDTD)研究了方形腔的边长、折射率和谐振距离对强透射特性的影响。结果表明,基于方形腔耦合金属波导结构的光开关在工作中具有较好的阻带特性和透射特性,其最大透射率可达92%,最小阻带透射率达0.2%,工作波长范围为607~785nm。     

金属纳米光学结构起透镜作用

已发现，光通过金属波纹环绕的亚波长小孔，表面等离子体元增强了透射，但是对金属折射率型纳米光学元件，却没有研究过。现在，美国匹兹堡大学的研究人员通过有限差分时域分析，模拟了这种元件。他们的工作表明，这种光学元件特别有效，至少在理论上如此。     

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。     

新型低剖面石墨烯THz 天线研究

提出了一种新型石墨烯THz天线,该天线由金属波导和周围多个石墨烯单元构成,相比于传统的金属天线,具有馈电简单、低剖面的特点。由于石墨烯在THz频率具有负的电导率虚部,因此会激发其局域表面等离激元共振。电磁波通过波导口向外辐射过程中,波导和天线单元之间强烈耦合,形成集体的电磁波振荡,由此天线单元之间保持了良好的相位一致性,最终使得远场的增益比单波导口增益增加了6.5dB,波束宽度则减小至21.2°,有效提高了天线的性能。通过改变石墨烯的偏置电压或者掺杂浓度还可以改变其工作频率,形成可调谐的石墨烯THz天线,未来可以应用于THz通信等方面。     

基于局域表面等离激元Ag/金刚石纳米结构增强NV色心的荧光

在纳米光子学中,提高量子点的荧光强度是一个需要迫切解决的难题,现如今金属纳米材料是一种很有前途的荧光增强材料。通过Ag纳米结构的局域表面等离激元效应提高金刚石氮空位(NV)色心的荧光强度,制备了不同的Ag纳米结构(Ag纳米柱阵列和Ag纳米层),探究其对NV色心的荧光增强效果。结果表明,Ag纳米柱阵列结构的加入可将金刚石NV色心的荧光强度增强2.30倍,Ag纳米层结构的加入可将其增强1.54倍。并且,采用时域有限差分(FDTD)法分析激发和发射两个过程发现,金刚石NV色心的荧光强度随着Ag纳米结构的加入显著提高,由此验证了实验中Ag纳米结构对金刚石NV色心荧光增强的效果。此研究结果为后续进行量子点光致发光器件的设计提供了一定的参考。     

双缺口纳米环/纳米环腔中法诺共振效应的研究北大核心

应用时域有限差分法计算了由双缺口纳米环/纳米环腔构成的金纳米环复合体结构的消光光谱及其近场增强和电荷分布。计算结果表明,金纳米环复合体结构的光谱中出现了双重的法诺共振效应,通过改变外环缺口大小、外环的弧长以及内环大小,可以对复合体结构中法诺共振的调制深度和光谱位置进行大范围调谐。这些结果可指导金纳米环复合体结构用于纳米光子器件的设计,以满足其在表面增强喇曼散射和生物传感等方面的应用。     

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。     

油性金属-半导体异质结构可见光催化 特性及在水处理中的应用研究

利用金属等离激元热电子效应,使突破半导体带隙宽度限制的可见光催化成为可能,是有机污染物处理方面的新兴方向。首先制备了油性Ag-TiO2纳米棒异质结构,研究了其光谱特性及催化过程中热电子转换机制,验证了在可见光下对水中有机染料的高效催化分解能力。结果表明,相比于TiO2纳米棒,Ag-TiO2纳米棒异质结构展现出显著的催化能力,罗丹明B的分解速率提高了近三倍,这种催化材料高效、环保,在水中不残留,在水处理等领域具有广泛的应用前景。     

腰形通信天线的辐射特性研究

介绍了一种特殊形状的飞行器通信天线——腰形天线。用曲线坐标系时域有限差分法(NFDTD)对该天线进行了分析，并给出了一种新诠释，所计算出的辐射特性与实测结果吻合较好。结果表明：该天线能保证飞行器在复杂机动飞行条件下通信联络的畅通，且较好地解决了喷口火焰对天线辐射特性影响的难题。