基于表面等离子体激发的光学操控技术

基于表面等离子体激发的光学操控技术由于其所需激光能量低、装置简单,近来引起了广泛关注。采用Kretschmann棱镜耦合法对金膜表面等离子体场进行激发,实现了对直径为10.8μm的聚苯乙烯粒子的有效操控。通过引入一微孔阵列对入射激光光斑图样进行调制,实现了聚苯乙烯微粒在金膜表面的阵列式分布。实验中使用的光源为输出功率20mW的氦氖激光器,所需要的能量密度仅为传统激光光镊能量密度的几十分之一。由于该装置成本低、操控灵活且较低的激光能量密度可以防止对活体细胞的破坏,因此,可在医疗领域中的活体细胞及DNA操控等方面得到应用。     

应用于折射率检测的光纤表面等离子体波传感器的研究

光纤表面等离子体波传感器具有结构简单、灵敏度高等特点,在机敏结构中具有非常重要的应用前景。运用光纤表面等离子体波来测量折射率是一种简便、灵敏的方法,我们可以利用这一特性制作出通过检测折射率对复合材料进行固化检测的光纤表面等离子体波传感器。本文介绍了光纤表面等离子体波传感器的基本原理及利用这种光纤传感器来测量折射率的初步研究。     

一种基于等离子体超材料的吸波器设计

为了在TE波下获得可调谐的吸收频谱,设计了一款基于等离子体超材料的吸波器。采用全波仿真方法对该吸波器的吸收率和表面电流图进行了计算,并探讨了结构参量c,v和入射角度θ对吸收率的影响。结果表明,通过激励不同的等离子体谐振区域不但可以改善其吸收特性,而且还能获得可调谐的吸收频谱;改变结构参量c和v可以在实现拓展吸收带宽的同时,使得吸收频域也发生移动;改变入射角度θ的大小对吸收率的影响不大。该吸波器具有很好的角度稳定性。     

等离子体处理对ITO表面化学镀铜的影响

由于常规的化学镀铜层存在易剥落、不均匀、清洁度差等问题,所以提出在化学镀铜工艺之前增加等离子体处理工 序.通过改变等离子体功率、处理时间和处理距离等参数,使ITO表面获得较好的化学镀铜层.实验结果表明,处理距离越 短对减小水接触角、提高清洁度和附着力越有利;而等离子体功率和处理时间对基板表面状态的影响不是单调的.因此通...     

金属脊-三角形半导体型混合表面等离子体波导研究

提出了一种新颖的基于金属脊-三角形半导体的混合表面等离子体波导结构,基于有限元法对该波导结构进行了数值仿真和分析。主要研究了该结构的电场分布、传输长度、归一化模场面积和质量因数。结果表明：在工作波长为1550nm时,通过优化参数,其有效模场面积达到0.00193,传输长度为37.7um,质量因数为4853,该结构具有较低的损耗。与金属平板混合波导结构相比,本文设计的结构具有更大的质量因数,更强的光场限制能力,波导的综合性能更好。这种波导结构在微纳米光子学、光电子通讯和光信息存储等领域具有广阔的应用前景。     

级联槽型腔表面等离子体滤波器

提出一种中心波长随槽型腔腔长线性变化、透射率随耦合距离可调的级联腔表面等离子体滤波器。该滤波器由输入波导、两个级联的介质槽型腔和输出波导组成。通过级联两个相同的槽型腔,共振模被分离从而实现窄带的双通道滤波器;进一步调节输出波导的位置,能够将双通道分离,实现单通道的滤波。通过时域有限差分法和耦合模理论对模型进行仿真分析,结果表明,该滤波器的最小半高宽低至20nm。同基于单槽型腔的滤波器相比,半高宽显著减小。     

具有长程传播和亚波长模式局域性的混合双楔形等离子体波导

提出一个混合双楔形等离子体波导, 该波导由两个楔形介质波导和一个菱形金属线组成.电介质楔形波导模式和长程表面等离子体模式的耦合使得该波导可以获得低损耗的传播和超深的亚波长的模式局域性.混合双楔形等离子体波导在得到一个532μm的传播长度的同时可以得到一个2. 9×10-3的超小的归一化模式面积或者在得到一个6. 2×10-3的归一化模式面积的同时可以得到一个3 028μm的超长的传播距离.此外, 还研究了制作过程中可能存在的误差对该波导模式性质的影响.计算结果表明, 该混合双楔形等离子体波导具有一定的制作容差性.     

表面等离子体波亚纳米指零系统

提出了一种基于表面等离子体波(SPW)的纳米定位指零新方法。一个光纤探头可以等效于一个四层介质棱镜 金属膜 空气 光纤系统。分析了探头得到的近场光强度。分析表明光纤耦合到的光通量随空气层间距变化,利用这个特点可以建立纳米定位指零系统。实验表明该系统在 1℃恒温条件下 2 0min内的定位重复性标准偏差可以达到 2nm,分辨率为 0 1nm nV。     

关于等离子体对HPM传播特性影响的研究

HPM作为电磁波的一种重要形式,在传播过程中,容易受到外界干扰因素的影响。为了保证HPM能够得到有效传输,利用等离子体的特性,将HPM加入到等离子体内进行传播,不但能够起到提高HPM传播效果的目的,同时也会降低HPM在传播过程中损失。为此,我们应充分分析等离子体折射对HPM产生的重要影响,并积极分析等离子体对HPM传播特性的影响,做到正确利用等离子体提高HPM的传播质量,满足HPM传播需求,提高HPM传播质量,推动等离子体和HPM传播研究的发展。     

槽型腔表面等离子体滤波器特性研究

为了降低槽型腔滤波器透射频谱的FWHM(半高全宽),采用FDTD(时域有限差分法)对基于MIM(金属-介质-金属)波导的单槽型腔滤波器和级联槽型腔滤波器结构进行了数值模拟,并用耦合模理论对其透射频谱进行了分析。仿真结果表明,级联槽型腔滤波器能够有效抑制透射频谱的FWHM,其透射频谱的FWHM仅为单槽型腔结构的30%～40%。     

表面等离子体共振(SPR)薄膜传感器的研究

利用自制的棱镜型表面等离子共振（SPR）传感器,在固定入射光波长632＋8nm激光入射下,被测样品为空气,研究了金属薄膜分别为Al膜、Ag膜及Au膜时的反射光功率与入射角之间的关系,讨论了Al薄膜厚度对表面等离子共振灵敏度的影响。     

海浪谱的选择对海面电磁波散射建模的影响

海浪谱的选择对Bragg共振散射建模的影响是海面电磁波散射建模的关键问题。首先简介了海浪谱的概念,然后选择RA(Romeiser-Alpers)谱进行了Bragg共振散射建模,最后选择另一种具有代表性的PM(Pierson-Moskowitz)谱进行了Bragg共振散射建模,并通过仿真实验对两种海浪谱及其用于Bragg共振散射建模的效果进行了比较分析。获得的结论对合理地选择海浪谱具有指导意义。     

功率密度对等离子体冲击波力学效应的影响

为了研究入射激光功率密度对等离子体冲击波力学效应的影响,利用波长1.06μm,脉冲能量42mJ~320mJ,脉宽10ns的Nd:YAG激光作用在Al靶上,研究了冲量耦合系数Cm和激光功率密度I0的关系.实验发现靶材在离焦度χ不同时,Cm和I的变化关系相似,而对应的最佳功率密度明显不同.在功率密度由低慢慢升高过程中,冲量耦合系数先随功率密度升高而增加,升到最大值后随功率密度增加而减小.通过分析激光等离子体的吸收作用和离焦度不同时激光和靶相互作用机理的不同,认为Cm出现峰值主要是受等离子体屏蔽效应的影响,稀疏波的作用使得焦斑处最佳功率密度最大,而焦斑处空气击穿消耗能量导致焦后Cm峰值减小.     

长程表面等离子激元的噪声特性及仿真研究

为了对LRSPPs 自发辐射的低噪声放大特性进行深入研究,采用建立长程表面等离子激元(LRSPPs)波导结构和自辐射低噪声放大理论模型的方法,对结构的电磁场分布特性进行了计算仿真,使得设计结构符合LRSPPs 传播特性。放大噪声的仿真结果表明:短程表面等离子激元(SRSPPs)大部分自发辐射倏逝到金属区;每单元带宽的有效输入噪声功率达到了7.4710-4 fW/Hz,为常见的相位不敏感放大信号的理论值3 倍,表现为THz 信号;IR140 激发分子的衰变是无辐射的过程,100 nm 处自辐射衰减率为SRSPPs 和LRSPPs 的拐点,之后的辐射过程主要是受自发辐射LRSPPs 影响决定。上述研究成果不仅可以明确LRSPPs 特性,同时对于其他支持等离子模式的结构也有明显的参考价值。     

激波管等离子体中太赫兹波传输特性仿真与实验研究

研究了太赫兹波在透射波窗口封闭的激波管中的等离子体中的传输特性,获得了传输衰减量随等离子体电子密度、碰撞频率、透波窗口材料以及电磁波频率的变化规律,并比较了相同条件下毫米波的传输特性.利用激波管为实验平台模拟产生高速飞行器等离子体,开展了太赫兹波在等离子体中传输特性实验.结果表明,太赫兹波在相同电子密度和碰撞频率的等离子体中衰减量比毫米波小得多;随着等离子体碰撞频率的增加,太赫兹波传输衰减量先增加后减小,透波窗口增加了太赫兹波的传输衰减;随着窗口材料的介电常数增加,太赫兹波反射率增加,太赫兹波传输衰减曲线出现周期性振荡,振荡周期约5 GHz;太赫兹波通信可能作为一种解决再入飞行器黑障问题的有效技术途径.     

Otto结构表面等离子体波光调制器模拟计算

根据受抑全内反射(FTIR)光调制器的原型,结合金属表面受激所产生的表面等离子体波(SPW)与p偏振光共振并吸收光能量的性质,设计了Otto结构的SPW光调制器,通过改变Otto结构中空气间隙的大小或入射角的大小这两种方式对入射光进行调制。针对Cu,Al,Ag3种金属以及1.064μm和0.532μm两种波长激光的情况下进行了模拟计算。结果表明,改变入射角方式的调制效果更佳,0.5°的入射角改变所引起的反射率R的变化量可达0.9以上。     

声表面波在空心圆柱体中的传播特性分析

空心圆柱体管道类的声表面波检测是目前工程检测领域常见的问题.通过势函数和位移假设,建立了声表面波在空心圆柱体内传播的频散方程.数值计算结果表明在空心圆柱体内传播的声表面波与平板中传播的兰姆波存在类似,位移表现为对称和反对称模态.随着频率的增加,低阶模态的相速度逐渐趋于声表面波波速,同时空心圆柱体的壁厚对声表面波相速度的...     

干涉因素对偏光棱镜消光比测量的影响

为了消除不同角度入射格兰-泰勒棱镜时透射光谱曲线波动干扰产生的影响,提高消光比测量系统的测量精度,以偏光棱镜作为检偏器,采用二次曲线拟合的方法,对透射曲线的极值点实现了精确判定。并采用二次光强测量方法,对棱镜入射端、出射端、胶合层反射及透射情况进行了理论分析,然后用不同角度入射时棱镜透射谱线的变化规律来解释其干扰发生的程度。结果表明,该方法消除了波动干扰影响,提高了测量棱镜消光比的精度。这一结果解决了空气隙型偏光棱镜消光比测量精度问题,同时对偏光棱镜的正确使用提供了参考建议。     

基于SPR增强的开放式悬挂芯光纤集成芯片

为了有效提升光纤表面等离子体共振(SPR)传感器场增强效果的响应速度和场增强特性,采用悬挂芯光纤结合表面等离子体共振增强检测机理来提高表面场增强程度,提出了一种新型的光纤SPR-表面场增强芯片结构。采用有限元理论分析了上述结构的光场特性,由分析可知,当薄膜层在40nm~50nm附近时存在比较强的场增强;场增强程度与激发SPR共振波长密切相关;而缩小包层厚度、降低纤芯折射率对比度也有利于大幅度增加场增强强度,但半径和包层厚度变化对穿透深度几乎没有影响。结果表明,优化后的光纤芯片具有较高的场增强效果。该研究为高灵敏、快速流体检测应用提供了一种解决思路。     

激光等离子体冲击波在眼科手术中的作用和副作用

本文根据对眼模型模拟激光手术过程的探测,研究了眼科激光手术中等离子体冲击波的产生和发展过程。根据模拟实验结果提出了等离子体冲击波在激光手术中对被治疗眼组织作用和手术中可能对周围眼组织影响的物理机理假设,可较好地解释激光眼科手术中的几种伴生现象,并在临床使用中得到了验证。