一种温控的可调表面等离子体光学器件

设计加工了一个三层结构的表面等离子体光学吸收器件,表层结构为规则排列的金质椭圆形微粒。入射电磁波与椭圆形金粒作用激发表面等离子体共振时,由于沿长短轴方向谐振频率不同,使得该器件实现了在近红外谱段两个频率处对入射光近100%的吸收。实验样品用电子束曝光技术加工,实验测量与仿真设计结果一致。此外,由于改变器件表面介质的折射率可以有效调谐器件的谐振特性,通过在器件表面覆盖一向列型液晶层并由温度控制液晶层的折射率,实现了一种温控的可调表面等离子光学吸收器件,调节过程简单可靠并且可重复实现,调节范围达22nm。该器件由于其高吸收效率和可调谐特性,可在太阳能电池以及未来光子集成电路等方面得到重要应用。

基于金属表面等离子体的光学器件

基于金属表面等离子体的光学器件受到了越来越多的关注。简述了金属表面等离子体的特性,介绍了几种基于金属表面等离子体的光学器件,并讨论了此类器件的发展和应用前景。

基于表面等离子体腔的波分复用器件设计

采用时域有限差分法(FDTD)研究了单矩形腔滤波器的透射特性,发现通过控制矩形腔的结构参数可以实现对透射峰的控制。基于这一原理,分别设计了二通道波分复用器和三通道波分复用器,且分波效果良好,这种波分复用器具有尺寸小、结构简单、可拓展性强的特点,在光通信技术领域具有重要的应用价值。

突破衍射极限的表面等离子体激元

表面等离子体激元是外部电磁场诱导金属表面自由电子的集体共振,产生沿金属-介质界面传输的表面波,具有亚波长局域、近场增强和新颖的色散特性,在纳米光子学中发挥着重要的角色。利用表面等离子体激元构成的光学器件能够突破衍射极限,实现微电子与光子在同一个芯片上的集成。系统介绍了表面等离子体激元的基本原理,及其在光波导、探测器、调制器和太阳能电池等方面的重要应用。

表面等离子体亚波长光学的研究

表面等离子体激元是局域在金属表面的一种由自由电子和光子相互作用形成的混合激发态.改变金属表面的结构,SPPs与光相互作用的特性也会随之改变.所以,SPPs在光存储、光激发、显微技术和生物光子学等领域的应用受到日益关注.首先,介绍了SPPs的基本特性和表面等离子体亚波长光学研究热点,然后用微加工的手段制备了亚波长的环形和分形结构的样品,并用实验测量和传输矩阵的方法得出两级cross dipole分形结构在近红外和中红外的透过曲线,在1.72μm和5.2μm的波长处有两个强的透过峰,其透过率分别为36%和49%,理论和实验结果一致.

表面等离子体激元的原理与应用

光与物质之间的相互作用,被视为光学应用的最基础物理问题。由光与凝聚态物质之间的相互作用形成的表面等离子体激元(Surface Plasmon Polaritons, SPPs),是一种新型的元激发准粒子,因其具有独特的色散和局域场增强特性引起广泛关注。SPPs器件打破了传统光学衍射限制,在纳米光子器件中有独特优势,应用于微纳光子学的前沿研究。阐述了SPPs的色散关系、激发方式、传播形式和物理性质,重点探讨了SPPs在波导、近场光学、传感器、生物医疗、光子芯片、表面增强拉曼散射和太阳能电池等方面的应用,并提出了研究前景。

硅基混合表面等离子体纳米光波导及集成器件

总结并展望了硅基混合表面等离子体纳米光波导及集成器件方面的理论和实验研究工作。首先介绍了几种硅基混合表面等离子体纳米光波导结构,其尺寸可小至100 nm以下,而传播长度达100μm量级;其次介绍了基于硅基混合表面等离子体纳米光波导的功分器、偏振分束器和谐振器等集成器件,其尺寸为亚微米量级;最后探讨了硅基混合表面等离子体纳米光波导与硅纳米线光波导的耦合及对其进行增益补偿。

混合型表面等离子体波导中光学参量放大的研究

本文研究了利用泡克尔效应在各向异性材料与金属构成的混合型等离子体波导中实现光学参量放大的过程。研究表明,表面等离子体作为泵浦光可以通过TypeII方式实现相位匹配,使泵浦光的能量转移到表面等离子体模式中,放大表面等离子体,从而实现表面等离子体模式远距离传输。

用银壳层调节单分散金纳米棒的局域表面等离子体共振光学性能

为将单分散金纳米棒的纵向局域表面等离子体共振(LSPR)波长从近红外光区调节到可见光区,通过表面原位还原反应合成了以银为壳层的单分散双金属核壳复合纳米棒(Au@AgNRs),其Ag壳层厚度可由Ag NO3的用量进行调节。用高分辨透射电镜和X射线能量色散谱仪确证了Au@AgNRs的形态结构、单分散性和化学组成。随着Ag壳层厚度的增加,Au@AgNRs的LSPR效应逐渐增强,纵向LSPR吸收峰由近红外光区蓝移到可见光区。Ag壳层厚度每增加1 nm,Au@AgNRs的纵向LSPR波长减小约12 nm。制得的Au@AgNRs在可视化传感器上有良好的应用前景。

二氧化碲晶体混合低温等离子体表面改性技术制备光学薄膜

由于二氧化碲(TeO2)晶体具有优良的声光特性,因此广泛应用于声光可调滤波器。本文以TeO2为衬底设计并研制了1300 nm^3400 nm波段超宽带减反射膜。但是由于TeO2晶体各向异性,从而导致膜层牢固度差,无法满足使用要求。文章采用混合低温等离子体表面改性技术来提高超宽带减反射光学薄膜在TeO2表面沉积的牢固度,通过实验验证,在相同薄膜沉积条件下,采用混合低温离子体处理过的TeO2薄膜附着力更好。有效解决TeO2表面薄膜附着力差的问题,满足附着力检测要求。

表面等离子体共振免疫传感器在蛋白质检测中的应用及其研究进展

表面等离子体共振(SPR)技术是20世纪90年代发展起来的一种新型技术,应用SPR原理可检测生物传感芯片上配位体与分析物之间的相互作用情况,在生命科学、医疗检测、药物筛选、食品检测及环境监测等领域具有广泛的应用需求。SPR技术可与免疫传感器结合,利用抗原抗体的特异性反应可用于各种蛋白质抗原的检测。本文重点总结了SPR免疫传感器在食品及医疗领域蛋白质检测的应用,综述了近年来SPR免疫传感技术在这该领域的研究热点及进展。

光纤表面等离子体波传感器的理论研究

利用光纤表面等离子体共振 (SPR)技术设计了光纤表面等离子体波传感器 .该传感器与传统棱镜SPR传感器相比有很多优点 .由于引入了光纤结构 ,SPR传感器的计算变得相当复杂 .此前 ,由于不能准确计算 ,其设计主要依赖于经验 ,从而严重影响了所设计的传感器的性能 .根据光纤SPR传感器的特点 ,在一定条件下把斜线作为子午线来处理 ,推导了光纤SPR传感器中总反射系数的计算公式 ,实现了对光纤SPR传感器的理论计算过程 ,同时与实验结果进行了对比 ,结果表明理论计算结果与实验相吻合 ,从而为系统地分析光纤SPR传感器的性能提供了一个有效的手段 ,并且为实际设计光纤SPR传感器提供了理论依据 .

一种石墨烯波导褶皱激发表面等离子体激元的设计（英文）

设计了褶皱石墨烯波导结构激发表面等离子体激元,通过设计周期阵列结构实现了表面等离子体激元传播损耗的补偿.理论分析了周期阵列结构的表面等离子体激元传播模型和补偿损耗的方式,结果表明褶皱衍射激发表面等离子体激元波导不仅能够激发表面等离子体激元,还能利用表面等离子体激元波矢关系实现器件参数控制,周期阵列增益全程补偿损耗的方式可以显著增加表面等离子体激元的传播距离.数值分析结果进一步表明:该结构具备了保持亚波长尺寸的强局域化优势;周期阵列增益全程补偿可以显著提高纳米腔中的电场强度,降低传输损耗;波导结构的粒子反转水平较高,自发辐射噪声的扰动较低.设计的石墨烯波导器件可以为微纳光学集成、光子传感和测量等领域提供理想的亚波长光子器件.

多通道光纤表面等离子体波共振传感器研究

研究了一种采用2×n型特种耦合器构建的多通道光纤表面等离子体波共振(SPR)传感器模型。应用空分复用原理和多层膜反射理论分析了SPR共振效应在若干光纤探针中连续被激励的基本原理。数值模拟和实验结果表明,研制的双通道光纤SPR探针能够达到与常规单通道探针相同的检测灵敏度。这种新型多通道传感模型的特点在于,各通道探针特性可根据待测检测目标进行选择替换,通道数目可以根据实际待测参量进行调节,并适用于对处于不同空间位置目标液体参量进行检测的情况。

用表面等离子体共振原理检测湿度环境（英文）

采用Kretschmann结构激发表面等离子体,利用多孔陶瓷材料SiO2作感湿材料,当外界环境的相对湿度变化时,引起感湿层SiO2的折射率发生相应变化,导致表面等离子体共振角发生偏移.采用有限元法对传感系统在不同感湿层折射率下的反射谱进行了模拟分析,并根据反射谱的共振半峰宽和共振峰深度对金膜的厚度进行优化.研究结果表明:金膜的最佳厚度为55nm,反射谱的共振角偏移量与感湿层折射率变化呈线性关系,湿度检测的分辨率高达0.37%RΗ,灵敏度达到0.03°/%RH.该研究对基于表面等离子体共振原理的湿度传感器的研制与应用具有一定意义.

基于矩形谐振腔MIM波导结构的表面等离子体带阻滤波器

采用二维时域有限差分法(FDTD)设计并验证了一种新型的基于金属-介质-金属(metal-insulator-metal,MIM)多矩形谐振腔结构的表面等离子体带阻滤波器.该结构由一波导通道和一列平行排列于波导上方的矩形谐振腔组成.当矩形腔的长度对某一波长满足法布里-珀罗(F-P)谐振条件时,该波长的表面等离子体(Surface Plasmon Polaritons,SPPs)将进入腔内并发生耦合共振而被限制在其内,起到滤波的效果.通过调整谐振腔的长度和数量,可以方便地滤掉一个或多个不同波长的光波.与其他结构SPPs滤波器相比,此结构更具有简洁、滤过的波长更窄、更小的能量损耗等优点,该种滤波器可以应用于高集成电路等光学设备.

基于超连续谱的光子晶体光纤表面等离子体效应

提出了利用光子晶体光纤空气孔塌缩技术制作光子晶体光纤表面等离子体共振传感器,构建了空气孔完全塌缩的光子晶体光纤表面等离子体共振传感器模型,并模拟计算了其中的表面等离子体共振效应。制作了全光纤化的波长检测型的光子晶体光纤表面等离子体共振传感器,利用超连续谱光源进行了相关实验。实验结果表明:以空气为待测环境介质时,对应的共振波长为465 nm,与理论计算相符合。

基于显微物镜的表面等离子体共振

利用高数值孔径显微物镜(油浸)并采用Kretschmann结构在52.3nm金膜上激发了表面等离子体共振.从麦克斯韦方程和菲涅尔公式出发,建立了相应的数学模型,并对物镜后焦面的光强分布进行了数值模拟.由图像传感器采集了后焦面的光强分布,通过计算机处理并显示.与理论结果对比,实验得到的共振角与理论值相符.对数值模拟和检测结果的分析为金膜表面介质的表面等离子体共振成像应用和折射率检测提供了理论与实验依据.

一种基于共振角度测量的无可动部件小型表面等离子体子共振化学传感装置

介绍了一种以线阵ＣＣＤ为检测器，以单色硅发光二极管为光源，自行组装的以测定共振角度变化为基础的小型无可动部件的ＳＰＲ传感装置的结构及原理；讨论了影响该传感器灵敏度、分辨率和线性范围的因素。该装置既可用于生物大分子检测，也可用于乙醇和磷酸二氢钾等小分子的检测，并获得了良好的线性和很宽的动态线性范围。

一种硅基金属狭缝表面等离子体波导的设计

设计了一种适用于光电子集成电路的表面等离子体波导结构.利用三维全矢量时域有限差分法对该波导结构进行了数值模拟,并分析了其在基模传输时的模式场分布与金属结构顶角的关系以及其能量限制性.研究了该波导结构在不同金属材料下的有效折射率和传播长度对芯层宽度的依赖关系,讨论了两个该波导结构之间的耦合长度、最大转移功率和彼此间的串扰.结果表明:光场被高度限制在芯层区域,在金属结构顶角为135°时,其能量限制因子更高;在金属材料确定的情况下,有效折射率随芯层宽度增大而减小,而传播长度增大;在芯层宽度一定的条件下,两个波导结构间的耦合长度随波导间距增大而增大,最大转移功率和串扰随波导间距增大而减小.