周期性气泡群耦合导致的多极子共振研究

含气泡水中声传播是复杂介质中声传播的经典和热点问题,数值模拟和有限元仿真是研究这类问题的主要方法。文章利用COMSOL Multiphysics多物理场有限元仿真软件构建声波在含气泡水中的传播模型,讨论了不同半径单气泡、横向周期性气泡群、纵向周期性气泡群以及方阵型气泡群对平面声波传播的影响。研究表明:单气泡只能实现一阶单极子共振;横向周期性气泡群能实现高阶单极子、偶极子共振以及高阶非简并耦合全透射;纵向周期性气泡群能实现高阶单极子共振及高阶简并耦合全透射,不能实现偶极子共振;方阵气泡群能实现高阶单极子、偶极子共振以及高阶简并、高阶非简并耦合全透射。

多极子局域表面等离子体共振吸收体的制备和光热性能研究

贵金属纳米材料的局域表面等离子体共振(localized surface plasmon resonance,LSPR)在入射光辐照时,形成强大的高温热点(hot-spots),驱动周围介质快速发生汽化相变,快速产生高温光热蒸汽。LSPR吸收体的光学特性具有形貌依存性,其吸收光谱在紫外-可见-近红外光内可大范围调控,但单一形貌的LSPR吸收体的吸收光谱覆盖范围有限,影响其光热转换效率,改进和拓宽吸收体的吸收光谱一直是光热领域的难题。纳米簇、自组装等组合体和核壳等复合体形成的耦合增益效应,可以增强LSPR吸收强度或拓宽吸收范围。本文通过改进核壳的制备方法,首先在核表面负载Ag纳米晶作为壳层的生长基点,再通过外延生长形成非连续壳层,壳层的临近纳米晶产生耦合增益效应,形成多极子等离子体共振吸收峰,实现单个吸收体的多个吸收峰特性,拓宽吸收体的吸收光谱,为改进单个吸收体的光吸收体特性提供了一种可行策略。多极子共振吸收体的综合光热性能优异,室外光热实验表明,多极子共振吸收体可快速、高效产生高温过热蒸汽,同时宽吸收范围的多极子共振吸收体可高效俘获低能量密度的太阳光,日均综合光热性能优异,日均光热转换效率达65%以上。

银纳米颗粒及阵列光传输性质的理论研究

纳米颗粒及其阵列结构的光学性能与颗粒本身的表面等离子体共振及周期结构参数密切相关.本文根据Mie散射理论和多极子振荡理论,研究了光在银球型纳米颗粒及阵列中的传输性质.对于单个纳米颗粒,当颗粒半径小于50 nm时,消光峰由电偶极子共振产生;当半径大于50 nm时,除电偶极子振荡产生的消光峰外,在短波处将出现由电四极子共振产生的消光峰,且两种极子的共振频率随颗粒半径的增加而减小.由电偶极子共振产生的消光峰位置的理论计算结果与实验结果相符合.对于由球形颗粒组成的无限大二维周期阵列,消光峰主要由单个颗粒产生的消光峰和Wood-Rayleigh反常衍射造成的消光峰组成.通过控制纳米颗粒的尺寸、形状以及阵列的周期、排列方式,可以调节两种极子的共振峰位.本文的结果将对设计具有特定光学性能的纳米结构产生重要的实际意义.