碳纳米管束/介质界面表面波激发与传输特性

基于表面等离子体波产生的物理机理和其新颖特性,设计出能够激发太赫兹表面等离子体波的两种圆柱体周期性光栅结构模型.通过研究周期性阵列结构中表面等离子体波的色散关系,理论预测了表面等离子体波的共振频率,并在仿真实验结果中得到验证.通过观察表面等离子波电场的变化,结合理论详细分析了界面处表面波随各因素的变化规律.研究结果表明,垂直结构的碳纳米管束半径为24 m,栅周期为95 m时,激发的表面等离子波最强;而对于水平结构,半径为25 m,栅周期为120 m时,所激发表面等离子波最强.其研究结果对利用等离子波探测THz信号和THz传感器的设计有重要指导意义.     

半无限离子晶体(真空接触)表面电磁耦合场量子的研究

本文用量子场方法研究了半无限双原子离子晶体长波光学声子模(P-极化)和平行表面传播的电磁场相互作用系统。导出了表面电磁耦合场量子的色散关系和电场强度在R空间的分布,其色散曲线(表面Polariton部分)与宏观电磁理论结果一致,并可获得由具表面效应的体TO声子引起的漏模色散关系;还研究了电磁耦合场量子能量和场强沿Z向的分布,发现它们均受物质电磁性元激发Z向特性的调制,从而束缚了光的发射(衍射效应).     

基于T型腔结构的表面等离子体波导滤波器

表面等离子体激元(surface plasmon polaritons,SPPs)能将光场束缚在亚波长量级,可以突破衍射极限,被认为是有希望实现纳米集成光学器件的载体之一。设计了一种T型腔结构的表面等离子体波导滤波器,并且利用时域有限差分(FDTD)法对其滤波特性进行了分析。结果表明,改变T型腔的长度和宽度可以改变透射谱的中心波长,而改变腔与耦合波导之间的间距,则可以调节腔的Q值。     

具有高模场限制的异质纳米棒结构波导(英文)

现代光学及纳米光学的一个主要发展趋势是从理论和实验两方面探究用于突破传统衍射极限的亚波长级别的电磁波波导结构。表面等离子激源提供了解决此问题的有效突破口。文中根据异质波导结构的耦合以及锲型波导的表面等离子激发理论,提出了异质纳米棒结构波导,该结构具有非常高的模场限制能力,对其传输的模式理论上可实现亚波长级别的限制能力。文中主要对此结构进行了数值仿真,分析了该波导结构的能量以及传输损耗,其结果表明该结构的模场限制能力可达到衍射极限的1/500,而且通过调整结构参数,将模场的传输距离延长到毫米级别。     

SPASER技术的MIM波导放大器特性分析

SPASER是所报道的最小的、第一个在可见光或更宽的波长范围内工作的纳米级的有源器件。采用双稳态方法,将SPASER技术引入到改进的MIM波导结构实现表面等离子波放大器的设计,理论上采用SPASER的激光理论的Bloch方程推导得出:泵浦速率小于阈值时,增益介质反转粒子数保持为0,在泵浦速率大于阈值时,反转粒子数随泵浦速率线性增长;系统的几何特性完全由本征模式函数描述,在给定本征模式下,其性质完全取决于材料参数;选择合适的材料参数,可以使各状态的驰豫特征时间都在亚皮秒量级。模型计算结果表明:改进结构不会改变SPPs的强局域化特性;器件解决了SPASER内反馈造成的表面等离子净增益消除的难题。研究成果可应用到生物传感、波谱检测、显微成像、超快通信等领域。     

表面等离子激元脉冲整流产生太赫兹电动势

为了深入地研究表面等离子(Surface Plasmon,SP)在传播方向上的太赫兹(THz)电动势,采用了在纳米线结构上对表面等离子激元(Surface Plasmon Polariton,SPP)的脉冲中电子进行整流的方法,分析了SP感应引力的整流作用,讨论了SPP横向模式在长脉冲和短脉冲情况下的电动势模型。研究结果表明,脉冲整流会产生一个幅值较大的电动势,该电动势可达10 V。由于受纳米等离子的限制,在放大过程几乎是非共振的,考虑强纳米等离子限制和纵向SPP波局域条件下,整流作用在金属表面会产生更高的局域THz电场ER,其最大强度EmR=105~106V/cm。整流后SPP脉冲表现为快速,THz场频率,带宽5~20 THz的特性。SPP脉冲中THz电动势的分析对纳米级飞秒光学场的探测,半导体设备的纳米等离子激元耦合,以及非线性THz光谱研究都具有重要意义。     

嵌入金属光栅的光纤光栅（FBG）分析

为了有效缩小光纤光栅尺寸．提高光电转换间的耦合效果。文章在基于光纤光栅的基本结构的基础上,给出了在光纤光栅中插入四、五层金属光栅的实现方法。该方法基于表面等离子体激元（surface plasmon polaritons,SPPs）的光纤布拉格光栅,可以把原有的光纤光栅尺寸缩小一个量级,而且不增加光在光子器件中的损耗。仿真分析表明,SPPs在光传播过程中可起到能量补偿作用,并可产生增透现象。     

衰减因子和横向尺度对Airy光束三大特性的影响

Airy光束是一种特殊的无衍射光束,不仅具有自恢复和无衍射性质,还具有其他无衍射光束不具备的自弯曲性质。研究了Airy光束的无衍射、自弯曲和自恢复的演化过程,讨论了不同衰减因子a和横向尺度x0对Airy光束三大特性的影响。研究结果表明:当横向尺度x0不变时,Airy光束的无衍射传播距离随着衰减因子a的增大而减小,衰减因子a对自弯曲没有任何影响,自恢复痊愈距离随着衰减因子a增大而减小。当衰减因子a不变时,无衍射传输距离、自弯曲的偏移量、自恢复痊愈距离都随着横向尺度x0的增大而增大。通过对比横向尺度x0和衰减因子a对Airy光束三大特性的影响,研究发现衰减因子a相比横向尺度x0对Airy光束三大特性的影响较小。     

在线低压等离子清洗研究

介绍了一种高效环保的在线等离子清洗方法,深入研究了低压下等离子的清洗原理和在线式的清洗机制,提出了介质气体的选配原则,分析了榆测表面自由能和洁净程度的接触角测试方法.通过实验,在氩等离子在线清洗中,用接触角测试仪测定固体表面清洗前后粘附功的变化,发现在氩等离子清洗后固体表面粘附功提高了54.7%,相对于普通的射频等离子...     

表面等离子共振技术及其生物传感研究进展

表面等离子共振传感器将生物学识别机制与光电装置相结合,把生物信号转化为光电信号,非常适合于对生物分子相互作用进行动态实时研究.表面等离子共振技术具有检测过程方便快捷,灵敏度高;无需标记样品,大多数情况下,不需要对样品进行处理;能在混浊的甚至不透明的样品中进行等特点.本文以表面等离子技术为基础,分析了当前应用广泛的Kretschmann模型特点,回顾和讨论了表面等离子共振传感系统的研究概况,旨在将表面等离子共振技术及相关研究成果展示给读者.     

带有周期排列纳米孔结构金薄膜的散射光学性质

利用离散偶极近似的方法(DDJA),对具有周期排列纳米孔金薄膜的散射光学性质进行了研究.通过计算得到的散射光谱曲线,确定了表面等离子激元(SPPS)在增强和抑制薄膜散射性质方面起到了重要的作用,通过改变孔间距、孔数量和孔直径能够控制表面等离子激元对薄膜散射系数的影响.同时也分析了膜宽、膜厚对薄膜散射系数的影响,结果表明随着薄膜厚度的增加,表面等离子共振峰强度降低.     

色散金属的时域有限差分方法

表面等离子体激元具有使光场局域化和局域电磁场增强等特性,在纳米光子学和微观检测等诸多领域显示出广泛的应用潜力.时域有限差分（FDTD）数值计算方法能仿真激光与亚波长金属微结构相互作用的表面等离子体效应.金属具有色散性质,其相对介电常数模型有Drude模型和Lorentzs模型及它们相结合的Drude-Lorentzs模型,能拟合金属在可见光和近红外部分或全部波段的色散特性.FDTD数值计算要采用增加辅助变量和相应的辅助差分方程的方法使FDTD迭代计算稳定.     

填充比对金属光栅与介质光栅激发表面等离子波的不同影响

采用严格耦合波理论求解了不同填充比的金属光栅与金属平面覆盖介质光栅在角度调制下的共振衰减反射谱,以及它们在表面等离子体共振时的空间场分布,并对结果进行了对比分析。通过数值计算分析了金属表面等离子体波（Surface Plasmon Polariton, SPP）波矢的有效折射率 与光栅填充比的关系,结果表明对于Au金属光栅结构,SPP的 随着光栅填充比增加并无明显变化;而对于金属平面覆盖介质光栅结构,SPP的 随着介质光栅的填充比的增大单调递增。     

Manipulable and Hybridized,Ultralow‐Threshold Lasing in a Plasmonic Laser Using Elliptical InGaN/GaN Nanorods

Manipulating stimulated‐emission light in nanophotonic devices on scales smaller than their emission wavelengths to meet the requirements for optoelectronic integrations is a challenging but important step. Surface plasmon polaritons (SPPs) are one of the most promising candidates for sub‐wavelength optical confinement. In this study, based on the principle of surface plasmon amplification by the stimulated emission of radiation (SPASER), III‐Nitride‐based plasmonic nanolaser with hybrid metal–oxide–semiconductor (MOS) structures is designed. Using geometrically elliptical nanostructures fabricated by nanoimprint lithography, elliptical nanolasers able to demonstrate single‐mode and multimode lasing with an optical pumping power density as low as 0.3 kW cm^?2 at room temperature and a quality Q factor of up to 123 at a wavelength of ≈490 nm are achieved. The ultralow lasing threshold is attributed to the SPP‐coupling‐induced strong electric‐field‐confinement in the elliptical MOS structures. In accordance with the theoretical and experimental results, the size and shape of the nanorod are the keys for manipulating hybridization of the plasmonic and photonic lasing modes in the SPASER. This finding provides innovative insight that will contribute to realizing a new generation of optoelectronic and information devices.     

Investigation on surface plasmon polaritons and localized surface plasmon production mechanism in micro-nano structures

The simulation mechanism of surface plasmon polaritons (SPPs) and localized surface plasmon (LSP) in different structures was studied, including the Au reflection grating (Au grating), Au substrate with dielectric ribbons grating (Au substrate grating), and pure electric conductor (PEC) substrate with Au ribbons grating (Au ribbons grating). And the characteristics of the Smith-Purcell radiation in these structures were presented. Simulation results show that SPPs are excited on the bottom surface of Au substrate grating grooves and LSP is stimulated on the upper surface both of Au ribbons grating grooves and Au grating grooves. Owing to the irreconcilable contradiction between optimizing the grating diffraction radiation efficiency and optimizing the SPPs excitation efficiency in the Au substrate grating, only 40-times enhancement of the radiation intensity was obtained by excited SPPs. However, the LSP enhanced structure overcomes the above problem and gains much better radiation enhancement ability, with about 200-times enhancement obtained in the Au ribbons grating and more than 500-times enhancement obtained in the Au grating. The results presented here provide a way of developing miniature, integratable, tunable, high-power-density radiation sources from visible light to ultraviolet rays at room temperature.     

双层金属环形阵列的太赫兹表面等离子体研究

研究了太赫兹波垂直通过具有周期性亚波长环形空气槽阵列的金属-介质-金属三层结构的透射谱特性,以及与表面等离子体谐振的关系。共振模式电场分布与色散曲线分别表明:表面等离子体具有束缚性,表面电磁波的传输机制与能量流动过程,透射谱的两个共振峰与传播性的表面等离子体模式、局域化的表面等离子体模式及其耦合有关。改变结构的几何参数,其共振峰变化趋势进一步印证了以上观点,并且空气环中激发的准波导效应也影响了太赫兹波的传输。     

Plasmonically enhanced lasing by different size silver nanoparticles-silver film hybrid structure

We reported on the enhanced lasing in organic dyes based on plasmonic hybrid structure of Ag nanoparticles (NPs)-Ag film, the diameters of Ag NPs ranged from 20 nm to 100 nm. The lowest lasing threshold was achieved by the optimal size Ag NPs-Ag film hybrid structure, which was reduced by 5.2 times than that of the neat gain medium. Comparing to the separate Ag NPs or Ag film, the hybrid structure presented the more intense local electric field due to the plasmonics coupling between the localized surface plasmons of Ag NPs and the surface plasmon polariton of Ag film, and the stronger scattering due to the reinjection of the leaking photons by external feedback of Ag film. The effects of different sizes Ag NPs-Ag film hybrid structures on lasing were investigated. It found that when the Ag NPs in hybrid structure is small (diameter≤40 nm), the enhanced localized electric field plays a major role on enhanced lasing; with the increase of Ag NPs size, the enhanced electric field and scattering have comparable contribution on enhancing lasing; for the larger size Ag NPs-Ag film (diameter≥80 nm), the scattering effect is the dominant mechanism for random lasing. Then the lowest threshold was dominated by the balance of enhanced localized electric field and scattering effect. Our results could provide us a unique idea to effectively enhance the lasing of organic dyes, and realize the lower pumped threshold and stronger lasing.     

10 Gbps Optical Signal Transmission via Long‐Range Surface Plasmon Polariton Waveguide

We demonstrate 10 Gbps optical signal transmission via long‐range surface plasmon polaritons (LR‐SPPs) in a very thin metal strip‐guided geometry. The LR‐SPP waveguide was fabricated as a 14 nm thick, 2.5 μm wide, and 4 cm long gold strip embedded in a polymer and pigtailed with single‐mode fibers. The total insertion loss of 16 dB was achieved at a wavelength of 1.55 μm as a carrier wave. In a 10 Gbps optical signal transmission experiment, the LR‐SPP waveguide exhibits an excellent eye opening and a 2.2 dB power penalty at 10^?12 bit error rate. We confirm, for the first time, that LR‐SPPs can efficiently transfer data signals as well as the carrier light.     

表面等离子体透射增强提高光刻分辨率的模拟

讨论了表面等离子体透射增强现象在提高分辨率上的应用,数值模拟结果显示采用这种方法光刻的分辨率可以达到32nm。首先用FDTD法模拟了一维周期光栅结构的电场场强的分布,光栅模版具有三角形的脊,整个模版覆盖了一层Ag,然后讨论了三角形底角角度变化对透射率和分辨率的影响。当角度在57°～64°之间变化时,得出三角形脊部有透射增强现象产生,最大透射振幅是入射光的4.2倍,分辨率为(30±5)nm。因为凹槽部分透射光强度很小,因此具有很好的分辨率。通过对比周期和非周期边界条件模拟,三角形脊的形状是产生透射增强现象的原因。