柔性电磁超构表面的太赫兹等离子体诱导透明效应

介绍了上海师范大学光学学科团队太赫兹(THz)微纳结构光子学课题组的主要成果:通过改变电磁谐振单元空间对称性,实现不同类型的等离子体诱导透明(PIT)现象,从而实现对太赫兹电磁脉冲群延迟的调控,获得太赫兹波段的慢光效应,同时衍生出了一系列全新的太赫兹光谱现象,拓展了人们对太赫兹PIT成因的认知.主要内容涵盖如下方面:非对称近场耦合实现宽频带慢光;导电耦合实现双暗场激发慢光;三体耦合局域化慢光;自互补结构单元实现正负相反的干涉相消共振,获得不同程度的太赫兹慢光;类表面等离子体相互作用获得慢光等.这些工作实现了太赫兹慢光调控机制的创新.

等离子体诱导接枝聚合法制备pH感应开关膜

利用等离子体诱导填孔接枝聚合法在聚偏氟乙烯多孔膜上接枝聚甲基丙烯酸pH感应型开关,系统研究了接枝率对膜的pH感应开关特性的影响。结果表明,开关膜的接枝率对膜的过滤通量、pH感应开关系数和膜孔径感应pH变化倍数都有重要的影响。接枝率≤5.98%时,pH感应开关系数和膜孔径感应pH变化倍数均随接枝率的增加而增加;而对于接枝率>5.98%的膜,pH感应开关系数和膜孔径pH感应变化倍数随接枝率的增加而减少,直至膜开关系数和膜孔径pH感应变化倍数趋近于1。为了获得较好的开关性能,必须将膜的接枝率控制在适当的范围内。

基于耦合模理论的明暗模腔耦合MDM波导体系中等离子体诱导透明的研究

利用耦合模理论和时域有限差分方法从理论与模拟2个方面对明暗模腔耦合MDM波导体系中等离子体诱导透明进行研究。基于耦合模理论推导出腔耦合MDM波导体系透射的理论表达式,然后通过时域有限差分(FDTD)对理论公式进行验证。讨论系统中存在的群色散和慢光效应。研究结果表明:腔之间相互耦合强度、共振失谐量对透明现象有很好的调制作用;相互耦合强度、共振失谐量对慢光效应也可灵活调控,群折射率接近27,使得波长为1 047 nm的光脉冲群速度减小1个数量级。

激光等离子体诱导蚀除眼内病体组织的机理分析

本文分析了激光等离子体诱导蚀除眼内病体组织的物理机理 ,并从理论上解释了等离子体诱导蚀除手术对周围组织副作用极小的关键原因是激光等离子体所具有的屏蔽机制 ,最后提出了更有效蚀除即把副作用降低到最低限度的解决办法。

基于表面等离子体诱导透明的半封闭T形波导侧耦合圆盘腔的波导滤波器

基于表面等离子体激元的传输及耦合特性,提出了一种半封闭T形波导侧耦合圆盘腔的金属-介质-金属波导滤波器结构.应用有限元法研究了其传输特性.结果表明,在透射光谱中出现了基于等离子诱导透明(PIT)效应的窄带透射峰.通过理论分析与模场分布有效阐释了PIT透明峰与两侧谷值的物理产生机理,同时数值研究表明通过改变支节长度与圆盘谐振腔半径可调节滤波器共振波长,通过外调制来改变结构介质折射率可实现滤波波长的近似线性调节.进一步,在圆盘腔中内嵌增益介质,增强了其对光的局域能力,加强了模式共振作用,实现了压缩滤波通带带宽的同时有效地提高了结构透射率,相比同类滤波器获得了更好的滤波性能.研究结果为高分辨率窄带滤波器的设计提供了有效的理论参考.

眼组织细胞内的激光等离子体诱导蚀除

文章对眼组织细胞内的激光等离子体诱导蚀除的发展现状、物理机理及未来趋势做了综合评述,并从理论上解释了眼组织内等离子体的屏蔽机制,同时提出了更有效蚀除即把副作用降低到最低限度的解决办法。

等离子体诱导乙烯吡啶修饰多壁碳纳米管富集放射性核素^(60)Co(Ⅱ)

采用等离子体诱导方法在多壁碳纳米管(multi-walled carbon nanotubes,MWCNTs)上修饰上乙烯吡啶,获得乙烯吡啶改性碳纳米管(碳纳米管-乙烯吡啶,MWCNTs-g-VP)。用静态批实验的方法研究了pH值、吸附剂浓度和离子强度等因素对碳纳米管-乙烯吡啶富集放射性核素60 Co(Ⅱ)的影响。结果表明:引入乙烯吡啶不仅能改善碳纳米管在水溶液中的分散性,同时还能提高碳纳米管表面官能团的含量,进而提高碳纳米管对60 Co(Ⅱ)的富集效果;pH值与离子强度对碳纳米管-乙烯吡啶富集60 Co(Ⅱ)有显著影响;碳纳米管-乙烯吡啶富集60 Co(Ⅱ)的作用方式包括内层络合和外层络合。Langmuir模型拟合结果显示:在pH=7.5时,碳纳米管-乙烯吡啶对60 Co(Ⅱ)的最大富集量是13.9mg/g,相对较高的富集量说明碳纳米管-乙烯吡啶可以用于水溶液中放射性核素的富集。

圆锥脉冲等离子体诱导流场特性分析

对等离子体诱导流场特性进行研究,有利于解决双稳态非对称分离涡带来的连续比例控制困难的问题。在封闭光学玻璃箱体内,应用介质阻挡放电等离子体对20°顶角圆锥附近静止大气进行了定常和脉冲循环控制,对等离子体诱导的圆锥截面绕流速度场进行了二维PIV测量,对定常控制和脉冲循环控制下最大绕流速度及最大轴向涡量进行了比较分析。实验结果表明:相对于定常控制模式,脉冲循环控制下沿垂直于圆锥截面对称面径线分布的时间平均切向速度和轴向涡量范围较广;在脉冲循环控制下,动量传递的主要表现在离散涡的形成而不是气流的加速。

三椭圆谐振腔耦合波导中可调谐双重等离子体诱导透明效应的理论分析

研究了三椭圆谐振腔耦合波导中可调谐双重等离子体诱导透明效应.三椭圆谐振腔耦合波导结构由1个亮模和2个暗模或1个暗模和2个亮模组成,类比于原子系统的四能级结构.为了获得较理想的双重等离子体诱导透明窗口,利用有限元法数值分析了多种三椭圆谐振腔耦合波导结构的光学透射特性.针对较佳的三椭圆谐振腔波导结构,分别讨论波导结构参数(如椭圆腔长轴半径、底部椭圆腔与主波导间耦合距离、椭圆腔间耦合距离、对称破缺度,以及椭圆腔填充材料有效折射率)对双重等离子体诱导透明效应的影响.多重透明窗口的数值模拟结果为等离子体诱导透明在等离子体开关及传感器方面的潜在应用提供理论基础.

石墨烯超表面等离子体诱导透明的研究

设计一种基于石墨烯的等离子体诱导透明超表面模型,该结构由上下两个不同尺寸的十字形石墨烯层夹一层聚酰亚胺隔离层组成.在不改变结构尺寸的前提下,通过改变上下十字形石墨烯层几何中心位置间的距离,控制上层和下层石墨烯间的耦合,从而形成等离子体诱导透明效应.该结构利用上层和下层石墨烯可分别作为明暗模式,在几何中心的移动过程中激励出不同的谐振模式,当入射波电场沿着TM方向极化时,上层和下层石墨烯之间通过明暗模式的干涉相消实现透明窗口由大变小再到关闭的功能.当入射波电场沿着TE方向极化时,下层石墨烯由于被激励产生弱多极子谐振反过来抑制上层石墨烯,从而实现等离子体诱导透明窗口由无到有再到双透明的变化.该研究在两个垂直极化方向上同时实现不同功能,为极化不敏感的等离子体诱导透明效应研究以及多功能等离子体诱导透明机理提供理论依据.

基于石墨烯纳米条波导边耦合矩形腔的等离子体诱导透明效应

为了减小器件尺寸、实现超快速响应和动态可调谐,研究了基于石墨烯纳米条波导边耦合矩形腔的单波段和双波段的等离子体诱导透明(PIT)效应,通过耦合模式理论和时域有限差分法从数值计算和模拟仿真两方面分析了模型的慢光特性.通过调节石墨烯矩形腔的化学势,同时实现了单波段、双波段PIT模型的谐振波长和透射峰值的可调谐性.当石墨烯的化学势增加时,各个波段PIT窗口的谐振波长逐渐减小,发生蓝移.此外,通过动态调谐石墨烯矩形腔的谐振波长,当石墨烯矩形腔的化学势为0.41—0.44 eV时,单PIT系统的群折射率控制在79.2—28.3之间,可调谐带宽为477 nm;当石墨烯矩形腔1,2,3的化学势分别为0.39—0.42 eV,0.40—0.43 eV,0.41—0.44 eV时,双PIT系统的群折射率控制在143.2—108.6之间.并且,整个系统的尺寸小于0.5μm^(2).研究结果对于超快速、超紧凑型和动态可调谐的光传感、光滤波、慢光和光存储器件的设计和制作具有一定的参考意义.

基于四盘形谐振腔耦合波导的三波段等离子体诱导透明效应

为了降低功耗、实现超快速响应和动态可调谐,设计了基于四盘形谐振腔耦合等离子体波导系统.使用两种不同的方法理论分析了等离子体诱导透明(PIT)效应:一种是明暗模式谐振腔之间的直接相消干涉,另一种是谐振腔之间通过等离子体波导的间接耦合.采用光学Kerr效应超快调控石墨烯-Ag复合材料波导的传输相移,实现了1 ps量级的超快响应时间.当泵浦光强低至11.7 MW/cm^(2)时,等离子体诱导透明系统能够实现透射光谱2π相移.通过耦合模式理论和时域有限差分法,研究了模型的三波段PIT效应及其慢光特性.研究表明,系统透射谱的透射峰值超过80%,最大群折射率高达368.并且,整个系统的尺寸小于0.5μm^(2).研究结果为低功耗、超快速、超紧凑型和动态可调谐的多通道光滤波和光存储器件的设计和制作提供了思路.

基于双矩形腔边耦合波导的等离子体诱导透明效应

为了降低功耗、实现超快速响应,设计了一种基于双矩形腔边耦合等离子体波导系统,并研究了其等离子体诱导透明效应.采用光学Kerr效应超快调控石墨烯-Ag复合材料波导结构,实现1 ps量级的超快响应时间.动态调控等离子体波导的传输相移,当泵浦光强为5.83 MW/cm^2时,等离子体诱导透明系统能够实现透射光谱π相移,这是因为基于石墨烯-Ag复合材料结构等离子体波导具有大的等效光学Kerr非线性系数,表面等离子体激元局域光场和等离子体诱导透明效应慢光对光学Kerr效应产生了协同增强作用,大大降低了系统获得透射光谱π相移的泵浦光强.等离子体诱导透明效应透明窗口的可调谐带宽为40 nm,系统的群延时控制在0.15 ps到0.85 ps之间,并且光波通过间接耦合或者相位耦合机制实现了等离子体诱导透明效应相移倍增效应.耦合模式理论计算结果很好地吻合了时域有限差分法仿真模拟结果,研究结果对于低功耗、超快速非线性响应和紧凑型光子器件的设计和制作具有一定的参考意义.

激光等离子体诱导Fe（CO）_5解离制备超微铁粉

用ＴＥＡ－ＣＯ＿２脉冲激光器诱发反应介质击穿产生等离子体，导致Ｆｅ（ＣＯ）＿５气相解离获得超微纯铁粉；检测表明，超微粉粒径约１４０，质量很好；讨论了这一等离子体化学反应的特殊机理。

基于双环谐振腔耦合波导等离子体诱导透明研究及其应用

等离子体诱导透明(plasma induced transparency,PIT)的新颖的光学响应特性,在传感器等应用方面具有独特优势。本文提出由双环谐振腔和直波导耦合集成的光学模型,阐述其多波段PIT效应产生原因,针对该结构利用时域有限差分(finite difference time domain,FDTD)法进行仿真研究,分析了主要结构参数对结构传输特性的影响。研究了环形谐振腔内外半径R_(in)、R_(out)和环形谐振腔宽度W_(R)对传输特性红移的影响,发现R_(in)、R_(out)过大太小均不利于激发PIT现象。优化参数后设计了灵敏度可达1014.10 nm/RIU,品质因数高达90.65的纳米传感器,具有结构简单、易于集成、制作方便、成本低等优点,能够很好地运用在高度集成、高精度的传感检测领域。

共轴双脉冲激光诱导击穿光谱等离子体辐射信号的增强机制

双脉冲激光诱导击穿光谱(DP-LIBS)在痕量元素的高灵敏探测中发挥着重要作用,有关其信号增强机制已存在有诸多解释,但有必要进一步从等离子体辐射荧光特性、等离子体温度和数密度的空间分布等方面开展深入探讨。构建了基于激光热烧蚀和二维轴对称流体动力学的理论模型,并用它模拟了单脉冲LIBS和共轴双脉冲DP-LIBS激发条件下激光烧蚀铝镁合金产生等离子体及其辐照度的时空演化过程,对比了不同脉冲间隔下谱线强度的增强效果,分析了等离子体温度、各类粒子数密度的空间分布结构以及等离子体的屏蔽效应,并由此阐释了DP-LIBS的光谱信号增强机制。结果表明,共轴DP-LIBS诱导等离子体辐射信号的增强主要源于第二束激光增加了粒子数密度和等离子体温度,而等离子体的屏蔽效应主要出现在靶材表面的羽流层。这一研究为DP-LIBS实验研究和信号增强溯源提供了重要的理论基础,也能够帮助科研人员快速准确地优化DP-LIBS实验装置参数。

不同气压下银纳米粒子增强激光诱导等离子体信号

基于激光诱导击穿光谱技术实现带电检测真空开关真空度亦成为趋势,该技术可以达到10^(-3)Pa的检测能力。然而,现有激光诱导击穿光谱技术(LIBS)存在检测限较高、灵敏度较低等问题,因此提出一种基于金属纳米粒子的增强技术来提高真空开关真空度带电检测精度。通过在样品表面涂覆银纳米粒子层,降低激光击穿阈值,提升信号谱线强度。研究了不同气压下激光诱导等离子体信号随延迟时间以及试剂浓度的变化规律,研究结果表明,银纳米粒子在常气压下对信号增强可达1~2个数量级,且浓度越高,增强效果越好。在低气压下,银纳米粒子的信号增强达到1~2倍,随着气压降低,增强倍数先增大后减小,且等离子体被激发时间早于大气压下。银纳米粒子对背景噪声辐射强度没有显著影响,因此使用银纳米粒子可以有效提高等离子体信号的信噪比,对真空开关真空度带电检测起到一定优化作用。

基于激光诱导等离子体的真空开关真空度检测稳定性研究

基于激光诱导等离子体成像的真空开关真空度检测方法是一种非接触式真空度检测方法,有望实现安全可靠的真空开关真空度带电检测。但是,激光诱导等离子体的演化是一个十分复杂的物理过程,激光能量、等离子体测量延迟时间等因素直接影响了等离子体成像,对等离子体成像稳定性的影响需要进行更加深入的研究。为此采用相对标准偏差研究了等离子体成像平均次数、激光能量和等离子体测量延迟时间等对等离子体图像和等离子体辐射强度积分稳定性的影响。结果显示,多次成像平均得到的等离子体图像和辐射强度积分不随平均次数发生明显变化,可用于表征真空度。更重要的是,等离子体辐射强度积分的相对标准偏差随平均次数和激光能量的增加而单调下降,随延迟时间的增加而增大,这意味着对等离子体进行多次成像平均,增加激光能量,减小等离子体成像的延迟时间可以提高等离子体辐射强度积分的稳定性,有利于提高真空度检测精度。该研究为基于激光诱导等离子体成像的真空开关真空度检测方法的参数优化提供了指导,为该方法的实际工程应用奠定了实验基础。

激光诱导等离子体加工蓝宝石微结构及其润湿性

激光诱导等离子体刻蚀技术在蓝宝石表面微结构制作方面具有独特的优势。通过控制变量法研究了激光能量密度、靶材和蓝宝石之间的距离和扫描速度对激光诱导等离子体加工蓝宝石微槽的微观形貌和几何尺寸的影响规律。通过正交试验研究了激光诱导等离子体工艺参数对蓝宝石表面微结构接触角的影响,发现扫描线间距对接触角的影响最大,靶材和蓝宝石之间的距离和激光能量密度次之,扫描速度的影响最小。当激光能量密度为6.3 J/cm^(2),扫描线间距为200μm,靶材和蓝宝石之间的距离为150μm,扫描速度为10 mm/s时,蓝宝石表面微结构的接触角为136°,表现出良好的疏水性;当激光能量密度为7.4 J/cm^(2),扫描线间距为50μm,靶材和蓝宝石之间的距离为100μm,扫描速度为5 mm/s时,蓝宝石表面微结构的接触角为29°,具有较好的亲水性,并且长时间放置后表面接触角基本保持不变。通过扫描电镜观察发现,蓝宝石表面的微结构上分布着许多纳米颗粒,这些微纳结构共同影响蓝宝石的润湿性。

激光诱导放电等离子体极紫外辐射的模拟

极紫外光刻是目前新一代超高集成度半导体芯片制造流程中重要的一环,激光诱导放电等离子体是极紫外光源产生的重要技术手段之一.本文基于全局状态方程、原子结构计算程序、碰撞辐射模型建立了一个辐射磁流体力学模型,对激光诱导放电等离子体的动力学特性及极紫外的辐射特性进行模拟,模拟复现了放电过程中的箍缩现象,得到的极紫外光的转化效率与实验符合.研究发现放电电流的上升速率对极紫外光的产生有极大的影响,该结果对后续极紫外光输出功率、转化效率以及光谱纯度的提升有重要的指导意义.