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等离激元纳腔的构建及其在表面增强拉曼散射中的应用
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作者 张萌 周怡汐 李志鹏 《首都师范大学学报(自然科学版)》 2024年第2期103-114,共12页
表面增强拉曼光谱(SERS)技术由于其高灵敏度、指纹特性和非破坏性等特点,在各领域引起了广泛的关注和应用。金属纳米结构形成的纳米尺寸的间隙(纳腔)作为SERS技术的重要组成部分,其形貌、组成和间距决定了SERS光谱的灵敏性和稳定性。因... 表面增强拉曼光谱(SERS)技术由于其高灵敏度、指纹特性和非破坏性等特点,在各领域引起了广泛的关注和应用。金属纳米结构形成的纳米尺寸的间隙(纳腔)作为SERS技术的重要组成部分,其形貌、组成和间距决定了SERS光谱的灵敏性和稳定性。因此,构建高质量的等离激元纳腔备受关注。本文旨在综述纳腔的构建方法及其在SERS中的应用。首先,介绍SERS增强的基本原理;其次,分类讨论制备高灵敏、可调控及均匀纳腔的方法,包括疏水衬底自收缩法、两步光还原法、模板法、自组装法和应变诱导开裂法等;再次,介绍SERS技术在食品安全、环境卫生以及生物医学等领域中的应用;最后,对SERS技术的前景进行展望,指出其在不同领域中的潜在应用价值和挑战。 展开更多
关键词 表面增强拉曼散射 等离激元纳腔 增强因子
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基于等离激元纳腔的单颗粒稀土掺杂纳米晶上转换发光光谱调控 被引量:1
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作者 孟勇军 李洪 +1 位作者 唐建伟 陈学文 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期289-297,共9页
等离激元纳腔可有效调控稀土掺杂纳米晶的上转换发光特性,其不仅能增强上转换发光强度,还可实现上转换发光光谱的调节.然而,目前利用纳腔进行上转化发光光谱调节的研究主要基于系综实验.相比系综实验,单颗粒实验由于可对同一颗上转换纳... 等离激元纳腔可有效调控稀土掺杂纳米晶的上转换发光特性,其不仅能增强上转换发光强度,还可实现上转换发光光谱的调节.然而,目前利用纳腔进行上转化发光光谱调节的研究主要基于系综实验.相比系综实验,单颗粒实验由于可对同一颗上转换纳米晶进行对比研究,因而能够排除系综样品非均匀性对实验的影响.本文基于原子力显微镜原位纳米操纵技术将单颗粒Yb^(3+)/Tm^(3+)共掺杂纳米晶与由单根金纳米棒构成的等离激元纳腔进行耦合,实验上对比了同一颗纳米晶与金纳米棒耦合前后上转换发光的光谱、发光寿命和激发功率依赖特性的变化.实验结果与理论上通过结合电磁仿真和速率方程模拟得到的结果相符.研究结果表明,等离激元纳腔调控纳米晶上转换发光光谱是激发场增强效应、Purcell效应和辐射效率变化三方面效应共同作用的结果. 展开更多
关键词 上转换米晶 等离激元纳腔 光谱调控 米操纵
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微纳光纤环形腔海水温度的谐振光谱分析 被引量:2
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作者 杨红绢 廖毅鹏 +2 位作者 王姗姗 王鑫 王晶 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第8期2368-2372,共5页
微纳光纤环形腔作为传感器件,具有灵敏度高、响应快的优点,因而越来越广泛地应用在传感领域。环形腔的谐振光谱直接反映外界环境的变化,因此谐振光谱分析对探测环境参数至关重要。从理论和实验研究了微纳光纤环形腔谐振光谱与海水温度... 微纳光纤环形腔作为传感器件,具有灵敏度高、响应快的优点,因而越来越广泛地应用在传感领域。环形腔的谐振光谱直接反映外界环境的变化,因此谐振光谱分析对探测环境参数至关重要。从理论和实验研究了微纳光纤环形腔谐振光谱与海水温度的关系。首先,数值计算了基模(HE_(11))两个垂直偏振态的传播常数随光纤直径和探测波长的变化关系,计算结果表明传播常数随光纤直径增大而增大,随波长增大而减小,同时计算了传播常数随海水温度的变化,海水温度越高,传播常数越大,表明海水温度的变化会影响到模式的传播常数,因而可以通过测量谐振光谱的变化得知海水温度的变化。其次,搭建了海水温度传感实验系统,获得了微纳光纤环形腔海水温度的谐振光谱,实验发现同时存在两套谐振峰,分别对应基模的TE模和TM模,两个偏振模式的传感灵敏度分别为5.54和5.24 pm·℃^(-1)。最后,探讨了基模两个偏振态谐振光谱的产生原因,由于结型耦合区的扭曲耦合使得两个偏振态分离,并对两个偏振模式的谐振强度进行了分析。两个模式的谐振强度不同,而且随着波长的增加,一个模的谐振强度不断增强,另一个模的谐振强度逐渐减弱。这是由于不同耦合态的耦合系数和衰减决定的,而且他们随着波长而改变。实验结果与理论计算相吻合。 展开更多
关键词 谐振光谱 海水温度 光纤环形 传播常数 偏振模式
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微腔或纳腔中的光—物质相互作用 被引量:3
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作者 张顺平 徐红星 《物理》 CAS 北大核心 2020年第3期156-163,共8页
光学微腔通常由透明介质做成,是用于将光子囚禁在其自身内部的结构。而光学纳腔是类比于微腔,泛指一类能将光场局域在极亚波长的纳米尺度上的结构,一般是由金属性材料与透明介质共同构成的。在与原子分子等量子体系相互作用方面,微腔和... 光学微腔通常由透明介质做成,是用于将光子囚禁在其自身内部的结构。而光学纳腔是类比于微腔,泛指一类能将光场局域在极亚波长的纳米尺度上的结构,一般是由金属性材料与透明介质共同构成的。在与原子分子等量子体系相互作用方面,微腔和纳腔分别从提高腔的品质因子或减小腔的模式体积两个方面来增强光与物质的相互作用。两者殊途同归,区别又相互联系。微腔量子体系一般具有更长的寿命(或量子态相干时间),而纳腔体系的优点是体积小、超快响应且无需低温运行,在发展集成光学芯片方面更有优势。在实际应用中,两者各具特色,相得益彰。 展开更多
关键词 纳腔 等离激元 光与物质相互作用 自发辐射
原文传递
衬底上原子级凸起对隧道结中分子发光的影响
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作者 朱嘉哲 陈功 董振超 《Chinese Journal of Chemical Physics》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第1期1-8,I0001,共9页
扫描隧道显微镜诱导发光可以用于研究单分子的各种光电现象,理解所涉及的基本光物理机制.为了清楚地观察具有分子特征的发光,提高分子在金属纳腔中的量子效率非常重要.本文采用电磁学模拟的方法,从理论上研究了在银纳腔中衬底上原子级... 扫描隧道显微镜诱导发光可以用于研究单分子的各种光电现象,理解所涉及的基本光物理机制.为了清楚地观察具有分子特征的发光,提高分子在金属纳腔中的量子效率非常重要.本文采用电磁学模拟的方法,从理论上研究了在银纳腔中衬底上原子级凸起对平行于衬底的点偶极发射特性的影响.这种衬底凸起结构可以大幅提高水平偶极发光体的量子效率,具有跟针尖尖端带有原子级凸起的情况类似的增强效应.本文还考察了在针尖和衬底都具有原子级凸起的双凸起隧道结结构,并发现这种结构与没有凸起情况相比,确实提供了显著增强的发光,但与单凸起的情况相比,似乎没能进一步提高量子效率.这些结果对今后的单分子扫描隧道显微镜诱导电致和光致发光研究具有指导意义. 展开更多
关键词 扫描隧道显微镜诱导发光 分子发光 等离激元纳腔 凸起 结构 光物理
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扫描拉曼埃分辨显微术:一种新的分子化学结构解析方法 被引量:1
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作者 杨犇 张尧 +1 位作者 张杨 董振超 《真空科学与技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第9期835-849,共15页
针尖增强拉曼光谱(TERS)技术由于其超高的空间分辨与灵敏的化学识别能力,在纳米尺度的结构表征和物理化学性质的分析中发挥着重要作用。本文首先回顾了高分辨TERS技术的近期发展与应用,并对高分辨成像的潜在物理机理进行了简要概述,接... 针尖增强拉曼光谱(TERS)技术由于其超高的空间分辨与灵敏的化学识别能力,在纳米尺度的结构表征和物理化学性质的分析中发挥着重要作用。本文首先回顾了高分辨TERS技术的近期发展与应用,并对高分辨成像的潜在物理机理进行了简要概述,接着介绍一种由超高分辨TERS成像衍生出来的新的分子化学结构解析方法―扫描拉曼埃分辨显微术(SRP),最后对SRP技术的进一步发展进行了展望。 展开更多
关键词 纳腔等离激元 单分子 针尖增强拉曼光谱 空间分辨率 扫描拉曼埃分辨显微术
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基于微纳光纤环形腔的海水与汽油光谱分析
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作者 王鑫 王晶 +2 位作者 王姗姗 杨红绢 廖毅鹏 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第B12期39-44,共6页
海洋溢油的油种鉴别是海洋环境监测的难点,如何区分不同油种是迫切需要解决的问题。研制了一种用于鉴别海洋溢油油种的新型微纳光纤环形腔(MRR)传感器,分别从理论和实验研究了海水和汽油的谐振光谱特性。根据Maxwell方程,数值计算... 海洋溢油的油种鉴别是海洋环境监测的难点,如何区分不同油种是迫切需要解决的问题。研制了一种用于鉴别海洋溢油油种的新型微纳光纤环形腔(MRR)传感器,分别从理论和实验研究了海水和汽油的谐振光谱特性。根据Maxwell方程,数值计算了微纳光纤环形腔鉴别海水和汽油的灵敏度和自由谱域。研制了Knot型微纳光纤环形腔传感器,其微纳光纤直径为4.14 μm,谐振腔直径为480.31 μm,搭建了测量海水和汽油的实验系统,分别获得了海水与93号汽油的谐振光谱,谐振峰波长移动了2.79 nm,该结果与理论计算基本相同,灵敏度达到了34.86 nm/RIU,RIU为单位折射率。因此,该方法能够区分海水与汽油。 展开更多
关键词 光纤光学 谐振光谱 光纤环形 海水 汽油
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二维半导体微纳光腔中光与物质的耦合 被引量:3
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作者 刘晓泽 张馨元 +2 位作者 张顺平 管志强 徐红星 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期24-43,共20页
二维半导体具有独特的二维材料属性、新奇的谷电子能带结构和丰富的调控自由度,为凝聚态物理、光学等领域的研究带来了机遇。然而,这些研究依然存在许多根本问题,例如光的利用效率低、量子特性易受环境扰动等。将二维半导体和精密微纳... 二维半导体具有独特的二维材料属性、新奇的谷电子能带结构和丰富的调控自由度,为凝聚态物理、光学等领域的研究带来了机遇。然而,这些研究依然存在许多根本问题,例如光的利用效率低、量子特性易受环境扰动等。将二维半导体和精密微纳光腔进行耦合不仅为这些问题的解决提供了合适的方案,还展现了前所未有的新颖光学效应,从而为二维半导体的基础物理研究和光电应用开拓了新的研究方向。对近10年来微纳光腔中二维半导体中的光与物质耦合的研究进展进行梳理,重点讨论了二维半导体的光学特性,以及二维半导体与微纳光腔的不同耦合区域的研究进展、调控机制及其在纳米激光光源、谷电子学、量子光学等方面的潜在应用,并对未来的发展方向和机遇进行展望。 展开更多
关键词 光学器件 二维半导体 强耦合 弱耦合 激子极化激元
原文传递
Black phosphorous nanosheets−gold nanoparticles−cisplatin for photothermal/photodynamic treatment of oral squamous cell carcinoma 被引量:4
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作者 Jun-jie ZENG Zhan-gui TANG +1 位作者 Jiao ZOU Jin-gang YU 《Transactions of Nonferrous Metals Society of China》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第9期2812-2822,共11页
To improve five-year survival rate of oral squamous cell carcinoma(OSCC),the development of a novel composite material of black phosphorus nanosheets(BPNSs)and gold nanoparticles(AuNPs)for tumor treatment was carried ... To improve five-year survival rate of oral squamous cell carcinoma(OSCC),the development of a novel composite material of black phosphorus nanosheets(BPNSs)and gold nanoparticles(AuNPs)for tumor treatment was carried out.The purpose of this study is to evaluate the cytostatic effects of BPNSs,AuNPs loaded with cisplatin(CDDP)on human tongue squamous cell carcinoma cells lines(SCC-9),and 7,12-dimethylbenz anthracene induced cheek squamous cell carcinoma was validated in golden hamsters animal models.The results showed that BPNSs could efficiently inhibit the metastasis and growth of OSCC compared with CDDP and AuNPs.And a combination composite of AuNPs−BPNSs loaded with CDDP could more effectively inhibit the metastasis and growth of OSCC,which might be due to the high drug-loading capacity,excellent photothermal properties and the combination of photodynamic and photothermal therapy of BPNSs and AuNPs,as well as the synergistic effects of AuNPs,BPNSs and CDDP. 展开更多
关键词 oral squamous cell carcinoma black phosphorus nanosheets gold nanoparticles cancer therapy tumor biology
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Tunneling Electrons Triggered Energy Transfer between Coherently Coupled Donor-Acceptor Molecules
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作者 Huifang Wang 《Chinese Journal of Chemical Physics》 SCIE EI CAS 2024年第4期497-504,I0093,I0094,共10页
Energy transfer is ubiquitous in natural and artificial lightharvesting systems,and coherent energy transfer,a highly efficient energy transfer process,has been accepted to play a vital role in such systems.However,th... Energy transfer is ubiquitous in natural and artificial lightharvesting systems,and coherent energy transfer,a highly efficient energy transfer process,has been accepted to play a vital role in such systems.However,the energy oscillation of coherent energy transfer is exceedingly difficult to capture because of its evanescence due to the interaction with a thermal environment.Here a microscopic quantum model is used to study the time evolution of electrons triggered energy transfer between coherently coupled donoracceptor molecules in scanning tunneling microscope(STM).A series of topics in the plasmonic nanocavity(PNC)coupled donor-acceptor molecules system are discussed,including resonant and nonresonant coherent energy transfer,dephasing assisted energy transfer,PNC coupling strength dependent energy transfer,Fano resonance of coherently coupled donor-acceptor molecules,and polariton-mediated energy transfer. 展开更多
关键词 Energy transfer Coherent energy transfer Scanning tunneling microcopy induced luminescence Plasmonic nanocavity Quantum master equation Dephasing Fano resonance Polariton-mediated energy transfer
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中国光学十大进展:亚50 ns超快稀土掺杂上转换发光
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作者 康博雯 陈环 +1 位作者 张正龙 郑海荣 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2023年第23期12-20,共9页
稀土离子掺杂纳米颗粒具有稳定、窄带、多色的发光特性,相比量子点和染料分子,更不容易受到串扰、光闪烁、光漂白等效应的影响,因此受到广泛关注。然而,稀土离子的长荧光寿命(微秒至毫秒级)、低量子产率、弱荧光强度以及非定向发射等,... 稀土离子掺杂纳米颗粒具有稳定、窄带、多色的发光特性,相比量子点和染料分子,更不容易受到串扰、光闪烁、光漂白等效应的影响,因此受到广泛关注。然而,稀土离子的长荧光寿命(微秒至毫秒级)、低量子产率、弱荧光强度以及非定向发射等,限制了其在时间依赖纳米光子器件中的应用。等离激元纳腔耦合了光场和电子激发,有利于显著压缩荧光寿命、提高量子产率、增强上转换发光效率,并有效调控其发射方向。本文综述了纳腔调控稀土离子发光的有效途径及其相关研究进展,着重介绍了纳腔调控稀土离子产生亚50 ns超快上转换发光的工作,并对其在单光子源、量子通信和纳米激光器等方面的应用进行了展望。 展开更多
关键词 表面等离激元 纳腔 稀土离子发光 表面等离激元近场调控 手性发光
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Single nanoparticle trapping based on on-chip nanoslotted nanobeam cavities 被引量:2
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作者 DAQUAN YANG FEI GAO +3 位作者 QI-TAo CAO CHUAN WANG YUEFENG JI AND YuN-FENG XIAO 《Photonics Research》 SCIE EI 2018年第2期99-108,共10页
Optical trapping techniques are of great interest since they have the advantage of enabling the direct handling of nanoparticles. Among various optical trapping systems, photonic crystal nanobeam cavities have attract... Optical trapping techniques are of great interest since they have the advantage of enabling the direct handling of nanoparticles. Among various optical trapping systems, photonic crystal nanobeam cavities have attracted great attention for integrated on-chip trapping and manipulation. However, optical trapping with high efficiency and low input power is still a big challenge in nanobeam cavities because most of the light energy is confined within the solid dielectric region. To this end, by incorporating a nanoslotted structure into an ultracompact one- dimensional photonic crystal nanobeam cavity structure, we design a promising on-chip device with ultralarge trapping potential depth to enhance the optical trapping characteristic of the cavity. In this work, we first provide a systematic analysis of the optical trapping force for an airborne polystyrene (PS) nanoparticle trapped in a cavity model. Then, to validate the theoretical analysis, the numerical simulation proof is demonstrated in detail by using the three-dimensional finite element method. For trapping a PS nanoparticle of 10 nm radius within the air-slot, a maximum trapping force as high as 8.28 nN/mW and a depth of trapping potential as large as 1.15 × 105 kBTmW-1 are obtained, where kB is the Boltzmann constant and T is the system temperature. We estimate a lateral trapping stiffness of 167.17 pN. nm-1 . mW-1 for a 10 nm radius PS nanoparticle along the cavity x-axis, more than two orders of magnitude higher than previously demonstrated on-chip, near field traps. Moreover, the threshold power for stable trapping as low as 0.087 μW is achieved. In addition, trapping of a single 25 nm radius PS nanoparticle causes a 0.6 nm redshift in peak wavelength. Thus, the proposed cavity device can be used to detect single nanoparticle trapping by monitoring the resonant peak wavelength shift. We believe that the architecture with features of an ultracompact footprint, high integrahility with optical waveguides/cir- cuits, and efficient trapping demonstrated here will provide a promising candidate for developing a lab-on-a-chip device with versatile functionalities. 展开更多
关键词 (130.3120) Integrated optics devices (350.4238) Nanophotonics and photonic crystals (350.4855) Optical tweezers oroptical manipulation (020.7010) Laser trapping (230.5298) Photonic crystals (230.5750) Resonators.
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Vacuum Rabi splitting effect in nanomechanical QED system with nonlinear resonator
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作者 MingYue Zhao YiBo Gao 《Science China(Physics,Mechanics & Astronomy)》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第8期87-88,共2页
Dear Editors,Recently,a nanomechanical resonator with frequency of the order of 1 GHz approaches the quantum regime[1],it is getting closer to test the basic principles of quantum mechanics and very important in the s... Dear Editors,Recently,a nanomechanical resonator with frequency of the order of 1 GHz approaches the quantum regime[1],it is getting closer to test the basic principles of quantum mechanics and very important in the study of quantum information[2].Generally,a nanomechanical QED(qubit-resonator)system consists of a superconducting qubit[3]and a nanomechanical resonator.Increasing the amplitude of oscillating,the nonlinearity of nanomechanical resonator[4]is not negligible which can be exploited to generate nonclassical states in mechanical 展开更多
关键词 resonator negligible getting closer splitting nonlinearity oscillating resonant regime rotating
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Temporal Behavior of Rabi Oscillation in Nanomechanical QED System with a Nonlinear Resonator
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作者 肖骁 赵明月 +1 位作者 于书敏 高一波 《Communications in Theoretical Physics》 SCIE CAS CSCD 2016年第3期273-277,共5页
In nanomechanical QED system,consisting of a charge qubit and a nanomechanical resonator with intrinsic nonlinearity,we study the temporal behavior of Rabi oscillation in the nonlinear Jaynes-Cummings model.Using micr... In nanomechanical QED system,consisting of a charge qubit and a nanomechanical resonator with intrinsic nonlinearity,we study the temporal behavior of Rabi oscillation in the nonlinear Jaynes-Cummings model.Using microscopic master equation approach,we solve time evolution of the density operator describing this model.Also,the probability of excited state of charge qubit is calculated.These analytic calculations show how nonlinearity parameter and decay rates of two different excited states of the qubit-resonator system affect time-oscillating and decaying of Rabi oscillation. 展开更多
关键词 Rabi oscillation nonlinear resonator microscopic master equation nanomechanical QED
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