金纳米锥阵列与金薄膜耦合结构表面等离子体折射率传感研究

设计了基于SiO₂薄膜间隔的金纳米锥与金薄膜耦合结构表面等离子体共振折射率传感器。使用时域有限差分法研究了复合结构中的表面等离子体共振模式,复合结构不仅能够激发局域表面等离子体共振,也可激发传播表面等离子体共振。入射电磁波的能量部分通过单个金纳米锥耦合到局域表面等离子体,部分通过金纳米锥阵列二维光栅耦合到传播表面等离子体。在待测物折射率1.30～1.40的范围内,对复合结构的反射光谱进行了模拟研究,发现共振波长与分析物折射率呈线性关系,且由于局域和传播表面等离子体的高效激发,反射光谱共振峰处的反射率几乎为零。此外,在最优的金纳米锥几何参数下,传播表面等离子体共振模式的半高全宽非常窄,灵敏度和品质因数分别达到770 nm/RIU和113 RIU^-1,具有良好的折射率传感性能。所设计的复合结构作为表面等离子体共振传感器有望广泛应用于生物检测领域。     

MIM—MI隧道结的发光光谱特性

为MIM（Au0SiO2-Al)和MIS（Au-SiO2-Si)隧道结构表面等离极化激元（surface plasmon piolariton SPP)的激发与色散关系进行了讨论,对结的发光光谱进行了测试,结果表明其发射峰主峰位于610nm(2.00eV)-630mm(2.00eV)和700mm(1.77eV0-740nm(1.68eV)处,分别与Au/空气及Au/Al2O3(SiO2)界面SPP模式的激发相对应,结的发光结构应该是隧道穿电子激发 表面等离极化激元SPP,然后SPP与粗糙度耦合形成发光射。     

棱镜耦合光子晶体表面波及其传感特性研究

构造一种棱镜耦合一维光子晶体结构,利用传输矩阵方法对该结构中光的传输特性进行研究.结果表明:光在这种棱镜耦合一维光子晶体结构中传播时,会在光子晶体表面产生非辐射传播模,即表面波,而且在反射谱中表面波所在的角度位置、反射率的大小以及反射峰的半峰全宽受到一维光子晶体的介质折射率和介质厚度的调制.此外,表面波对应的角度位置对...     

光子晶体光纤光栅反射谱及时延特性研究

利用多极法对包层空气孔为正六边形对称结构光子晶体光纤的模式场进行了分析,计算出不同波长下基模的有效折射率,结合使用模式耦合理论和传输矩阵法对基于光子晶体光纤的布拉格光栅特性进行了计算和仿真,对比了常规单模光纤所成光栅与相同光栅周期的光子晶体光纤布拉格光栅反射谱及时延特性之间的差异.在此基础上,对光纤光栅的切趾特性进行了研究,选择不同的切趾函数,得出最佳切趾函数下光栅传输谱.理论计算和仿真结果表明,随波长增加,基模有效折射率下降,光栅谐振波长出现蓝移,采用啁啾化处理后,10 cm长光子晶体光纤光栅可以提供1 200 ps以上的线性时延.     

表面等离子共振氢气传感研究进展

基于表面等离子共振原理的光学氢气传感已经成为氢气传感技术研究的热点.表面等离子共振传感器具有安全可靠、灵敏度高、实时性好、便于分布式多点检测等优点,在氢气泄漏检测方向具有广阔的应用前景.本综述介绍了表面等离子共振氢气传感器的三种主要结构类型:棱镜耦合结构,光栅耦合结构和光纤耦合结构的检测原理、典型结构及其研究进展;重点论述了表面等离子共振氢气传感技术中氢敏感膜系的研究现状和技术难题;分析了目前表面等离子共振氢气传感实际应用所面临的瓶颈,并对未来的研究方向进行了展望.结合实际,提出了开发基于光纤微结构和纳米材料的新型氢气传感器件,并且将传感原理延伸至局域表面等离子体共振,表面等离子体共振成像等新兴技术.     

复合纳米金膜的制备及其光学性质

本文利用化学还原法制备了不同尺寸的金纳米颗粒,并利用离子自组装多层技术在玻璃基底上沉积了基于金纳米颗粒的复合纳米金膜,研究了颗粒尺寸和成膜厚度对复合金膜光学性质的影响。不同比例的柠檬酸钠与氯金酸产生的金纳米颗粒溶液的紫外-可见光谱随着金颗粒直径增大而红移展宽。适量比例的柠檬酸钠与氯金酸能够产生平均直径为14±1.2nm且尺寸分布均匀的金纳米球;其溶液在518nm处有一特征吸收峰。不同大小的金纳米颗粒形成的薄膜的紫外-可见光谱形状不同,局域表面等离子体共振峰的位置随着颗粒直径的减小而向短波方向迁移。薄膜的沉积层数越多,薄膜表面的颗粒分布越均匀,局域表面等离子体峰的峰值变化也将减小。本工作证实了利用离子自组装多层技术能够快速、简易、低成本地在玻璃基底上沉积具有局域表面等离子体共振的复合纳米金膜。     

基于表面等离子体的非线性二次谐波增强效应

本文研究一种利用金属光栅结构激发表面等离子体,实现增强非线性二次谐波激发效率的方法.通过设计金属光栅周期、沟槽深度等结构参数,使其满足推导出的准相位匹配条件,实现泵浦光与倍频光的表面等离子体模式同时共振激发,得到高效输出的倍频光.文中利用时域有限差分方法对该方法进行了模拟仿真,验证了准相位匹配条件和共振激发表面等离子体模式对提高二次谐波输出的关键性作用,同时分析了光栅结构参数变化对二次谐波激发效率的影响规律.     

表面等离子共振法测量纳米级金属薄膜厚度数值分析（英文）

针对纳米级金属薄膜厚度测量的需求,建立了基于表面等离子共振(SPR)法膜厚测量的数学模型,并以K9棱镜-金膜-空气组成的Kretschmann结构为耦合装置,对SPR方法的光强、相位、波长、角度4种调制模式进行数值分析,介绍了这4种调制模式的原理,并对其传感器的测量范围、灵敏度等参数进行了分析.结果表明:光强型SPR装置的测量范围最大,相位型SPR装置的灵敏度最高.在实际金属薄膜厚度测量的应用中,除了传感器的测量范围和灵敏度外,还需考虑其后续处理装置、算法的复杂性及性价比,结合诸多因素选择合适的SPR传感器.     

纳米多孔光波导漏模共振传感器的折射率灵敏度分析(英文)

在玻璃基片上射频溅射50 nm厚的金膜,然后利用TiO2胶体溶液在金膜表面制备了厚度约为320 nm的TiO2纳米多孔薄膜.以此双层膜为漏模光波导芯片,构建了基于Kretschmann结构的波长调制型光波导漏模共振(LMR)传感器.利用扫描电子显微镜(SEM)观测了TiO2纳米多孔薄膜的表面和横截面形貌.实验研究了在纳米多孔光波导中给定漏模的共振波长及折射率灵敏度与入射角的依赖关系.结果表明,随着入射角的增大,共振波长逐渐蓝移,折射率灵敏度随之下降.此外,与传统的表面等离子体共振(SPR)传感器进行了对比,结果表明在相同的共振波长下,纳米多孔光波导LMR传感器折射率灵敏度大于SPR传感器.     

A-B两层铁磁耦合薄膜中的自旋波共振谱

在Heisenberg模型的基础上,计入垂直于膜面的磁场,考虑表面各向异性场情况下,精确求解了简立方结构双层异质铁磁薄膜中的自旋波低能量子本征值问题.又在此基础上加上平行于膜面方向的交变磁场,应用量子理论严格推导了两层异质铁磁耦合薄膜中的自旋波共振激发,并在不同表面条件下计算了各种形式的自旋波共振谱.结果表明:1)共振峰强度与交变场振幅的平方成正比,与本征态中单个自旋反转对应的几率幅的模的平方成正比,即自旋波共振的平方律关系;2)由于表面各向异性场对不同形式的自旋波激发谱都产生影响,从而也影响自旋波的共振谱.     

光纤端面可调LSPR金纳米半球壳阵列的制备

提出了一种具有可调局域表面等离子体共振(LSPR)特性的光纤端面纳米结构的制备方法.利用二维胶体聚苯乙烯球(PS)单层膜的可转移性,结合溅射沉积,在光纤端面上获得了金纳米阵列结构.扫描电子显微镜和透射电子显微镜图像表明,单个纳米颗粒具有半球壳结构,阵列结构呈现六角密堆积排列;光谱测量结果显示,制备的样品具有明显的LSPR效应,改变溅射时间可实现对LSPR峰位从可见至近红外的调控,且金纳米半球壳直径改变时其LSPR峰位调控规律相似,重复测量结果表明制备的纳米结构具有良好的稳定性.     

基于NMM的AFM测试分析原子光刻纳米光栅样板

利用激光汇聚中性铬原子沉积出一维纳米光栅样板的基础上,基于 NMM的AFM测量系统对样板进行了测试分析和测试方法研究,得到一维纳米光栅结构平均节距为212.6±0 4nm,与52Cr原子共振跃迁(7S3→7P04)的半波长(λ/2)理论值212.8nm基本一致,测试结果非常准确.文章还介绍利用NMM测量机的大范围扫描测试距离,解决了光栅样板的测试区域快速定位的问题,对研究纳米级精度测量有实用价值及参考意义.     

SPR传感器的应用及其发展

表面等离子共振(SPR)传感器是一项新兴的生物化学检测技术,具有灵敏度高、检测方便快捷、可实现在线检测等许多优点,可广泛应用于材料科学、环境保护、食品工业等直接关系人类生存发展的诸多领域。首先介绍了SPR传感器的发展历史及其工作原理,然后综述了SPR传感器的结构和分类,具体包括棱镜耦合式SPR传感器、集成光波导耦合式SPR传感器、光纤SPR传感器和光栅耦合式SPR传感器的结构,着重描述了SPR传感器的最新发展趋势,重点介绍了分布式SPR传感器、光纤SERS传感器的发展状况。     

一维光子晶体下拓扑绝缘体缺陷的研究

拓扑绝缘体(TI)是近年来广受关注的一种新型材料,其表面的拓扑磁电效应是其拓扑性质的反应.我们在TI平板上下表面镀上很薄的铁磁层并同方向磁化,然后将其夹在一维光子晶体中作为缺陷来研究时,发现TI材料表面的磁电耦合效应引起透射谱上一些新奇的变化.例如,当垂直入射一束线偏振光时,与一般的“单个透射率为1”的缺陷态共振峰不同...     

FC／ZnO杂化材料的制备及结构与性能

采用射频磁控溅射法,分别以聚四氟乙烯(PTFE)和锌为靶,在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基底上沉积氟碳(FC)膜以及FC/ZnO的有机-无机纳米杂化材料。用SEM、UV、XPS对氟碳膜和杂化材料进行了表征。结果表明,氟碳膜形成了一种由纳米粒子-纳米孔洞组成的双纳米结构,随着ZnO沉积时间的不同,FC/ZnO杂化膜呈现出不同的表面形貌,杂化膜的生长模式是一种依附于有机核的沉积-扩张生长模式;杂化材料的F/C较低,随着氧化锌沉积时间的增加,F/C出现逐渐增大的趋势;杂化膜是一种多重抗紫外线辐射的功能膜。     

基于X光光刻的亚波长光栅

描述了一种新的亚波长光栅的微细加工技术,即X光光刻得到相应的亚微米级的线宽图形,再利用显影技术获得了高深宽比的立体亚波长光栅．用此纳米加工技术获得了栅距为500nm、250nm、150nm,光栅高度为1900nm的特殊纳米光栅模具,开发了纳米无反射结构,并研制成功了亚波长光栅．该亚微米线宽微细加工技术可用于布拉格光栅、DVD读写头、无反射表面等需要亚微米结构的器件中．     

二维层状WS2/MoS2异质结中镧系近红外光子发射与能量转移（英文）

镧系离子由于其独特的光子特性而备受关注.二维层状范德华异质结的光电特性和器件性能受到界面耦合的极大影响,该异质结通常是由两层或多层过渡金属二硫化物(TMD)堆叠而成.本文通过两步合成构建了镧系离子掺杂的层状WS2/MoS2异质结.所制备的掺杂薄膜是在晶圆衬底上生长的高度织构纳米片.更重要的是,由于两个TMD层中镧系离子之间的能量转移,层状异质结的结构减少了因均匀掺杂或浓度猝灭而引起的无益交叉松弛,所制备的堆叠异质结能够在近红外通讯窗口产生高效的光子发射.镧系掺杂和能量转移的研究结果表明,镧系离子可以有效地扩展TMD薄膜的发射波段及其异质结构.本工作所发展的镧系掺杂TMD异质结有助于进一步研究原子级超薄近红外光子器件.     

MIM-MIS隧道结的发光光谱特性

对MIM(Au-SiO2-Al)和MIS(Au-SiO2-Si)隧道结的表面等离极化激元(surfaceplasmonpolariton,SPP)的激发与色散关系进行了讨论,对结的发光光谱进行了测试。结果表明其发射峰主峰位于610nm(2.00eV)～630mm(2.00eV)和700mm(1.77eV)～740nm(1.68eV)处,分别与Au/空气及Au/Al2O3(SiO2)界面SPP模式的激发相对应。结的发光过程应该是隧穿电子激发表面等离极化激元SPP,然后SPP与粗糙度耦合形成光发射。     

复合材料胶层光纤布格光栅应变监测优化配置研究

航空航天用复合材料粘接胶层在制造和服役过程中不可避免会产生各种缺陷和损伤。针对其粘接胶层缺陷和损伤检测,基于光纤光栅应变传感原理,提出一种针对复合材料胶接层结构应变监测的光纤光栅传感网络优化配置的方法。通过仿真和实验研究了埋入复合材料构件胶接层的光纤布拉格光栅传感器在静载作用下的敏感区域分布特性,分析了载荷位移与布拉格波长漂移的关系,建立符合光纤布拉格光栅传感器实际特点的探测模型,采用粒子群优化算法进行光纤光栅传感网络的优化布置,研究结果表明光纤布拉格光栅传感器位置经优化后,覆盖率得到明显提高。     

基于侧边耦合一维光子晶体微腔的高分辨率光子温度计

针对线上耦合结构的高品质因数一维光子晶体微腔具有极低透射率的缺陷,提出研制一种具有高分辨率、高信噪比、高动态范围的侧边耦合一维光子晶体温度计。通过调制光子晶体单元结构的反射系数以及微腔和耦合波导之间的模场重叠,光子晶体器件的品质因数和透射率得到提高。制备得到的器件品质因数值、灵敏度、消光比和基模与二阶模之间的模式间隔分别为2.7×10⁴、65.6 pm/℃、0.45和18.5 nm。采用扫频测量技术,该光子温度计具有mK量级分辨率和超过280℃的温度感应范围。