基于非对称纳米棒二聚体阵列的多重表面晶格共振

贵金属纳米颗粒阵列结构中的多重表面晶格共振能够在多个波段同时抑制体系辐射损耗,增大共振品质因子和局域场强,这对多波长相关微纳光子器件的设计具有重要意义,如何实现对多重表面晶格共振的有效操控是实现这些应用的关键。提出采用非对称纳米棒二聚体阵列结构产生和调控多重表面晶格共振。由于纳米棒结构的各向异性,其构成的二聚体结构具有丰富的局域共振响应,并且依赖于二聚体的排列方式,可以进一步调整局域共振,故由非对称纳米棒二聚体阵列可以产生并实现对多重表面晶格共振的有效操控。研究结果表明,由端对端和边对边排列的非对称纳米棒二聚体阵列结构能够激发起不同的表面晶格共振,其共振峰位、品质因子等可以通过改变两个正交方向上的周期实现有效调控,这对基于多重表面晶格共振的微纳光子器件的设计具有重要的应用价值。     

Al纳米颗粒尺寸对LSPR特性影响的模拟与分析

以能够在紫外波段产生局域表面等离激元共振的Al纳米颗粒作为研究对象,利用时域有限差分法(FDTD)对立方柱形Al纳米结构的近场局域增强和远场特性进行了模拟与分析.首先对不同尺寸的立方柱形Al纳米颗粒的远场消光特性进行分析;结果表明,增大纳米颗粒尺寸,共振峰红移,并且局域表面等离激元共振峰呈现出一定的展宽,其消光系数先增...     

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...     

黑磷纳米盘-层等离激元系统中的各向异性可调多阶强耦合

黑磷支持各向异性的表面等离激元,可用于设计具备更多功能的原理性器件。用时域有限差分法数值模拟了中红外到远红外波段基于黑磷的层-盘-层系统中不同等离激元模式之间的杂交行为。通过动态调节黑磷中的载流子浓度,可以实现两个晶格方向上强耦合现象的产生与控制。对不同模式间的耦合进行分析并计算,得到吸收光谱中的拉比分裂能最高可达42.9 meV。此外,还计算了偏振角度对各向异性强耦合的影响,其最高可以实现6个吸收频带。该模型可为构建未来在中远红外波段工作的基于二维材料紧凑型各向异性等离激元器件提供基础。     

金纳米交叉结构的光学性质及传感特性研究

利用时域有限差分法分别模拟计算了X型金纳米结构和L型纳米天线以及由这两种结构所组成的金纳米交叉结构的消光光谱和近场分布,并研究了金纳米交叉结构对周围介质折射率变化的敏感性.研究结果表明,X型金纳米结构在入射光正入射时能激发起偶极共振模式而在斜入射时可以同时激发起偶极和四极共振模式.L型纳米天线的成键和反成键共振模式的产生可以通过改变入射光偏振方向进行控制.此外入射光偏振方向变化时在金纳米交叉结构中都可产生法诺共振效应,由于激发起法诺共振效应,金纳米交叉结构的光谱线型更加精细,传感质量因子可达到12.5,这些结果可指导金纳米交叉结构作为纳米光子器件用于生物传感方面.     

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。     

基于表面等离子激元谐振环的滤波特性分析

表面等离子体激元是局限在金属表面的一种由自由电子和光子相互作用形成的激发态,其场分布在相邻的金属和介质中均成指数形式的衰减,在金属中的分布深度比入射光波长要小2个数量级。这就为实现在亚波长尺度的金属结构中形成光场的局域化和导波提供了可能,并作为突破衍射极限的限制以及将光场通路和器件的小型化重要考量因子。文中重点研究了基于表面等离子激元光学谐振环的滤波特性,得出了通过调节控制谐振环的直径可以吸收不同频率的波长,从而实现滤波的目的。     

蝶形纳米天线调控的超高品质光子-等离激元混合微腔

具有超高品质因子的光学微腔是构造各种集成光子器件的重要组件,以光子晶体微腔为基础的混合微腔为实现强烈的光和物质相互作用提供了一个新颖的平台,在腔量子电动力学、集成单光子源、量子计算等方面都具有十分广阔的应用前景。本文基于双异质结构光子晶体微腔,结合蝶形金纳米天线等离激元结构,设计实现了一种可见光波段的新型光子-等离激元混合微腔,并通过改变蝶形金纳米天线的间隙、角度、长度、厚度、相对位置等结构参数,利用三维时域有限差分法研究了等离激元纳米结构对混合腔的品质因子、有效模式体积、品质因数的调控规律,模拟结果显示,混合腔的有效模式体积和品质因数分别始终稳定在10^-6(λ/n)³和10⁸(λ/n)^-3数量级,最佳品质因数值可达5.730689×10⁸(λ/n)^-3,优于其他类型的微腔。     

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。     

磷烯π型结构中等离激元诱导透明现象

磷烯因其层数可调的带隙、高的载流子迁移率及面内各向异性等优点为构建基于二维材料的光电子器件提供了新的选择.用时域有限差分法数值模拟了磷烯π型级联和紧凑结构中的等离激元诱导透明现象,通过改变结构分布及磷烯的费米能级等参数,实现了中红外到远红外的宽范围可调谐等离激元诱导透明.其中,透明窗口数目、强度以及位置均实现了灵活调制...     

基于表面等离子激元的新型可调谐微共振环滤波器分析

衍射极限的存在制约了大部分光器件的大小,从而大大影响了光器件的集成（如共振环滤波器）。为了打破衍射极限的制约,减小光器件的体积以满足高度集成化的要求,文中给出了基于表面等离子激元的微共振环滤波器的设计方法,并通过有限时域差分方法对其进行了仿真,得到了出射端光强仿真图。     

金属复合结构的反常透射增强效应的数值分析

利用全矢量的三维时域有限差分法,分析了一种金属银复合结构的反常透射增强效应.该结构是在一层打有六角排列的圆孔阵列的金属银层的上方放置一层六角排列的银圆环阵列构成.与普通的单层银打孔阵列相比,该结构明显具有更高的透射峰值和更窄的透射带宽.系统分析了结构的场强分布、坡印廷矢量能流分布图、透射峰的频率色散关系,结果表明该复合结构激发的更强的独特的表面等离激元模式主导了整个透射过程.     

基于表面等离激元共振效应及表面钝化提高异质结太阳电池效率的研究

基于硅纳米孔(SiNHs)/银纳米颗粒(AgNPs)纳米复合薄膜制备了无机/有机物混合太阳电池,并且研究它们的光吸收谱和光电转换等性能.SiNHs/AgNPs纳米复合薄膜利用金属辅助化学刻蚀方法获得,然后在制备好的薄膜上旋涂一层有机聚合物PEDOT∶PSS作为空穴传输层.从光吸收谱可以看出,有AgNPs的纳米复合薄膜有明显的吸收峰,并且在短波区域,相比于没有AgNPs的纳米复合薄膜,整体的吸收有较大的提高.同时,有AgNPs的太阳电池的短路电流密度和外量子效率均有明显的提高.尤其在对纳米复合薄膜表面进行钝化处理后,该混合异质结太阳电池的光电转换效率最高可达到5.5％.认为,这主要是由于AgNPs的局域表面等离激元共振效应和钝化减少纳米复合薄膜表面缺陷等原因使电池的性能有较大的提高.     

增益金纳米球壳光学特性研究

通过有限元方法研究了增益系数以及核壳比对纳米核壳结构表面等离激元共振特性的影响,并且对球心为增益介质、球壳为金的纳米核壳结构进行了数值模拟。计算结果表明：随着增益系数增大到临界值,散射截面增大近2x105倍,吸收截面变为负值,消光截面近似为0,电场强度增强近185倍,谐振带宽从60nm缩小到1nm。同时,随着核壳比的增大,吸收及消光共振峰均发生红移现象。我们的相关结果可为增益介质在金属纳米结构中的应用提供了理论参考和技术支持。     

表面等离激元纳米结构增效的光电探测器进展（特邀）

光电探测器作为航空航天、深空探测和环境监测等领域的核心器件之一,具有重要的科学研究和实用价值。表面等离激元具有可突破光学衍射极限、实现纳米聚焦的性质,为光电探测器的性能提升提供了全新的技术手段,是近年来光电探测增效研究领域的热点之一。文中围绕表面等离激元纳米结构增效的光电探测器研究展开综述,首先介绍了各类表面等离激元纳米结构的物理特性,主要包括局域表面等离激元结构和传导型的表面等离极化激元结构,以及由表面等离激元金属和半导体材料构成的异质结构;然后重点从探测器性能、探测原理和工艺方法等角度,介绍了等离激元纳米结构增强的光电探测器的研究进展;最后对表面等离激元纳米结构增效的光电探测器及其在未来面临的挑战进行了总结和展望。