基于金属-电介质-金属波导结构的等离子体滤波器的数值研究

基于金属-电介质-金属波导结构,提出了一种含双侧多支节型等离子波导滤波器,采用有限元法研究了其透射特性.在该结构的透射谱中观察到了基于电磁诱导透明效应的四个窄带透射峰,并通过模场分布有效阐释了透射谱线中峰值、谷值的产生的物理机理.数值研究同时表明当每个支节长度线性增加时,透射峰中心波长也将线性增加.这一结果可用于指导可调谐、多通道窄带滤波器的设计.

基于表面等离子激元的凸环结构金属-介质-金属滤波器设计

利用边界耦合的方法构造了金属-介质-金属结构滤波器,该结构由一个凸环谐振腔与一个波导管耦合而成.通过有限元法数值仿真得到了该凸环腔体波导结构的磁场分布图、透射谱线和谐振波长分布,分析了各结构参量对滤波器传输特性的影响.结果表明,所提出的凸环滤波器具有透射峰窄,谱线平滑等特点,且阻带透射率最低可达0.001,通带透射率最高可达0.977.增大结构参量h2和neff时,相应的透射谱会发生明显的红移,增大结构参量L1时,透射谱几乎无变化.对结构参量进行调整和优化,相应的谐振波长可分布在第一通信窗口(850nm)和第三通信窗口(1 550nm)附近,能够很好地运用于光通信中.

基于圆形腔的表面等离子体带阻滤波器研究

为研究弯曲波导结构的双边耦合效应对耦合强度的影响,提出一个弯曲波导耦合内嵌十字银条的圆形空腔带阻滤波器,采用有限元法对滤波器结构进行仿真分析。与现有直波导耦合内嵌十字银条的圆形空腔结构对比,弯曲波导结构具有更好的滤波性能,例如最小透射率降低10.44%;改变银条尺寸时模式2阻带透射率值降低近60%。进一步研究表明,通过调整内嵌银条尺寸及相对角度能够实现共振波长调谐、单频带与双频带的切换以及对半峰带宽等的控制,最小半峰带宽分别为11.0152 nm和9.9869 nm。并且对于介质折射率的变化(变化范围为1~1.12),该结构折射率灵敏度保持恒定。所提出的滤波器结构具有良好的频选及窄带带阻滤波特性,在窄带滤波和波分复用等系统中具有重要应用价值。

激光烧蚀-电感耦合等离子体质谱法在食品接触金属材料镀层及其基材分析中的应用

采用激光烧蚀进样(LASI)与电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定相结合对与食品接触的金属材料的镀层及基材的快速分析。所用LSX-213型激光烧蚀进样系统具有单线扫描及深度分析两种模式。制作标准曲线及基材分析时采用单线扫描模式,对金属材料表面镀层分析采用深度分析模式。试验时,将载气氩气与氦气混合后引入LASI系统与LA释放出的样品混合形成气溶胶进入ICP-MS分析系统。每个试样在分析前先预烧蚀3次,之后重复烧蚀并采集数据7次,取其平均值。具体操作按仪器工作条件进行。用块状不锈钢标准样品制作了Si、Cr、Ni、Mn等4种元素的标准曲线,其线性范围依次为0.04%~2.0%,3.0%~20%,0.2%~20%和0.5%~20%,检出限(3S/N)依次为400,10.0,1.00,20.0ng·g^-1。对3件未知样品按此方法进行7次测定,测得Cr、Ni、Mn、Si等4种元素的平均相对标准偏差(n=7)依次3.2%,5.3%,3.9%,6.2%。应用所提出的方法分析了一件牛排刀样品和一件汤匙样品。在牛排刀的分析中,查明了此刀的刀身和刀柄属于两种不同规格的不锈钢,在制造中用了“灌铅技术”将两种钢材粘合在一起,造成了此食具中铅含量严重超标。在汤匙的分析中,确认其为镀金的不锈钢所制成。

反对称介质-金属结构中的表面等离激元

利用反对称半无限介质-金属结构实现了表面等离激元的高反射率。计算了反对称半无限金属-介质结构中正入射和斜入射表面等离激元的反射和透射。限制介质的厚度,将电磁场表示成各离散本征模式的叠加,根据边界条件得到反射系数和透射系数矩阵。介质厚度趋于无穷时,得到反对称半无限介质-金属结构中表面等离激元反射系数和透射系数的近似解析表达式,计算结果与数值解相吻合。最后分析了斜入射表面等离激元的反射率和透射率与入射角的关系。

平面型金属-电介质光子带隙结构的表面电磁波传输特性

研究了一种平面型金属 电介质光子带隙结构的表面电磁波传输特性。该材料利用常规的印刷电路板技术制作 ,其金属单元的平面斑图 (pattern)分别为六角形和方形两种 ,空间层状结构为二层与三层两种。在 1～2 0GHz范围内对TE表面波传输情况进行了测试 ,观察到了TE表面波的能隙结构。不同结构的测试结果表明 ,三层结构的材料具有较低的禁带中心频率。用局域电感 电容模型定型解释了本文的实验结果。

金属表面等离子体激发的实时场分布研究

利用时域有限差分法的电磁场仿真软件建立了金属-绝缘体-金属波导结构模型,并通过持续扩展光源激发该波导结构产生表面等离子体波,研究了金属表面等离子体激发的实时场分布.结果表明,表面等离子体波的各电磁场分量可以沿着金属-绝缘体的接触面传播,但传播距离有限,且垂直于接触面向两侧指数衰减.

探究光谱在短支路结构金属-电介质-金属型波导中的传输特性

应用时域有限差分(FDTD)方法研究了余弦调制高斯脉冲通过短支路结构金属-电介质-金属(MDM)波导的光谱传输特性。从理论上讨论了由短支路结构内形成的简振驻波可以使波导具有滤波特性。FDTD仿真结果证明,输出光谱的透射率周期在短波长段较小,长波长段较大;短支路长度越长,透射率周期数越多。以上特性可用于制作波导滤波器和波导光开关,也可以用于光子器件集成和传感器领域。

金属-金属界面髋关节置换后的血清金属离子水平测定及分析

背景:金属-金属髋关节假体适合活动量较大年轻患者,但界面之间摩擦会导致金属碎屑释放金属离子入血,准确的测定及分析有助于指导临床操作。目的:采用电感耦合等离子体质谱仪测定髋关节表面置换及金属-金属全髋置换患者不同时间血清钴(Co)、铬(Cr)、钼(Mo)离子水平并对比探讨其影响因素。方法:纳入髋关节表面置换患者共32例40髋,金属-金属全髋置换患者12例14髋,将6例正常人血清金属离子水平均值作为正常参考值,所有患者置换后均通过X射线及CT测量假体位置,应用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)可较准确测定髋关节置换后患者的血清金属离子水平。结果与结论:表面置换假体Co离子水平置换后1年到达顶峰,较正常值高7.7倍;Cr离子水平置换后9个月到达顶峰,为正常值7.5倍;Mo离子水平总体为上升趋势,置换后5年为正常7.8倍(P<0.05)。全髋置换后5年Co、Cr离子水平分别为正常值10.6倍和9.8倍。应用电感耦合等离子体质谱仪可较准确测定髋关节置换后患者的血清金属离子水平,表面置换血清Co金属离子置换后1年到达峰值,Cr离子置换后9个月到达峰值,置换后5年趋于平稳。置换后5年全髋置换离子水平略高于表面置换。结果证实,金属-金属界面假体髋关节置换后金属离子水平较正常明显升高,且存在较明显的上升与趋于平稳的趋势,浓度高低与髋臼假体位置有密切关系,并受置换后关节功能影响明显。

基于MP-AES的复杂介质中金属元素分析

为探讨微波消解—微波等离子体原子发射光谱仪(Microwave plasma-atomic emission spectrometry,MPAES)测定复杂介质中(土壤、沉积物、尾砂等)Cu、Pb、Zn、Cd等金属元素的实用性。对比研究了MP-AES、电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)、石墨炉-原子吸收分光光度计(GF-AAS)3种仪器测量复杂介质中金属元素的精密度、线性范围、检出限等性能参数,同时采用国家标准物质验证其可靠性与准确度。结果表明:MP-AES检测土壤、沉积物、尾砂等介质中4种金属的标准曲线线性相关系数均大于0.999 7,土壤、沉积物和尾砂中4种金属的加标回收率为80%~109%,检出限为5.8%~18.9μg/L,而且国家标准物质的测定值均在标准值允许范围内,表明MP-AES能够满足对土壤、沉积物、尾砂样品中Cu,Pb,Zn,Cd等金属含量分析要求。该方法具有成本低、动态线性范围宽及可实现多种元素同时分析等优点,可广泛应用于土壤、尾砂及沉积物等复杂样品中金属含量的分析测试。

混合表面等离子体光子晶体波导

提出了一种新型金属-绝缘体-半导体(MIS)混合表面等离子体结构,基于时域有限差分法验证了该结构在归一化频率范围(0.243~0.271)α/λ内具有明显的TM模式带隙。在二维光子晶体层移除或改变中间行空气孔半径构成线缺陷,形成混合波导结构1和2。分析表明入射光频率位于带隙内的光子能量被很好地局域在低折射率层中,且只能沿线缺陷传输。当入射波长为1550 nm时,两种波导的传输距离分别为18.41μm、15.70μm,群速度极值分别为0.186c、0.166c,品质因数达到384.74、1042.50。此波导能通过光子晶体层的线缺陷控制低折射率层表面等离子体(SPP)激光的传输路径,为波导器件的研究提供了有效的理论依据。

基于水凝胶的颜色动态可调的金属-介质-金属结构

提出一种基于聚乙烯醇水凝胶(PVA)的金属-介质-金属结构,用于实现颜色动态可调的结构色传感器。利用PVA薄膜对相对湿度的溶胀/收缩和折射率变化响应,并结合法布里-珀罗(F-P)共振效应,实现了F-P共振波长随相对湿度变化而发生偏移,结构色随环境相对湿度的改变而变化。实验结果表明,当环境相对湿度在3.0%~84.2%范围内变化时,结构的颜色会发生显著变化,在CIE 1931色度空间中显示为坐标顺时针旋转,平均相对湿度灵敏度可达0.998 nm/%。该传感器色彩显示丰富,颜色随相对湿度变化明显,灵敏度较高,响应迅速,在湿度传感结合色彩显示的环境检测研究领域具有良好的应用前景。

基于金属-介质-金属阵列的折射率传感(英文)

提出一种基于金属-介质-金属阵列结构折射率传感器.在可见光及近红外光区域内,由于表面等离子效应,入射波在特定频率时可以通过一个无缝的金,在80 nm厚的金膜上可以得到近100%的透射率.仿真结果表明传感器对周围液体的折射率变化也很敏感,这些发现可以得出一个新的、简化的替代方法,使传感器更加小型化.

等离子化学气相沉积硅-硼-氮复合薄膜的组成和结构

利用X射线衍射 (XRD)和X光电子能谱 (XPS)等技术对射频 -直流 -等离子化学气相沉积 (RF -DC -PVCD)在钢基体上Si-B -N复合薄膜的组成和结构进行分析和研究 ;结果表明 ,通过给试样基体加一适当的直流负偏压 ,得到含有显著六方氮化硼 (h_BN)、立方氮化硼 (c_BN)结晶相的Si-B

基于表面等离子体型波导能否实现负折射率材料? 表面等离子体三维几何结构的研究

本文对能够实现正折射率和负折射率模式的平面等离子体波导结构进行了理论分析,重点研究了可见与近红外频率的金属-绝缘体-金属(MIM)、绝缘体-金属-绝缘体(IMI)、绝缘体-绝缘体-金属(IIM)等几种几何模型的模式。结果表明,这3种等离子体结构在可见频率的有限范围内都表现出负折射性能,品质因数接近20。通过有限差分时域模拟,证实了可见光从自由空间传输至这些波导时,表现出负折射特性。给出了波长为350～850nm、波导芯尺寸在5～50nm范围变化、基于Ag/GaP和Ag/Si3N4材料的波导结构的折射率和品质因数。该结果为可见频率范围内的负折射率材料和二维波导结构提供了设计依据。这些几何结构可以作为三维负折射率材料的基础元素。

增强型局域表面等离子体共振纳米直写光刻

本文将Bowtie孔径结构与金属-介质-金属结构相结合,提出了一种新的局域表面等离子体共振纳米直写光刻结构,得益于金属-介质-金属结构中顶层透射Ag对透射光的放大增强以及底层反射Ag对透射光的反射补偿作用,聚焦光斑的尺寸得到压缩的同时深度得到了显著提高,理论仿真中当焦斑的FWHM为28 nm时,焦斑深度可以达到20 nm以上,这相对于传统纳米直写光刻结构,将焦斑的深度提升了4倍。随后,通过相关验证实验在光刻胶中获得了FWHM为47 nm,曝光深度为25 nm的焦斑图形,进一步证实了该结构在压缩焦斑尺寸以及提升焦斑深度上的显著优势。

多狭缝金属-介质-金属结构等离子体可见光分束器

提出了金属-介质-金属(MIM)结构三缝、四缝波导结构的增强型可见光分束器。利用表面等离子体效应及经典光学干涉原理,改变多缝波导结构中的填充介质、结构厚度、狭缝宽度及缝宽度等参数,可使波长不同的两束可见光通过多缝亚波长结构后实现分束效果。利用时域有限差分(FDTD)法进行数值模拟,发现多狭缝结构比双缝结构有更高的分束比。上述设计结构可以通过电子束刻蚀系统等实验设备加工,可应用于集成光学及光通信领域。

基于十字连通形环形谐振腔金属-介质-金属波导的折射率传感器和滤波器

提出了由十字连通形环形谐振腔耦合两个金属-介质-金属(metal-insulator-metal, MIM)波导的结构,并用有限元法数值研究了表面等离极化激元在结构中的传输特性.通过对透射谱的研究,系统地分析了MIM结构的传感特性.结果表明,在透射光谱中有三个共振峰,即存在三种共振模式,其中透射峰与材料的折射率呈线性关系.通过对结构参数的优化,得到了折射率灵敏度(S)高达1500 nm/RIU的理论值,相应的传感分辨率为1.33×10^(-4)RIU.更重要的是,灵敏度不受结构参数变化的影响,这意味着传感器的灵敏度不受制造偏差的影响.此外,谐振波长与环形腔中心半径成线性关系,该器件在较大波长范围内实现可调谐带通滤波.透射强度随着波导与环形腔间距的增大而减小,透射带宽同时减小,因此,可以通过控制环形腔与波导的耦合距离来调谐透射强度及透射带宽.研究结果对高灵敏度纳米级折射率传感器和带通滤波器的设计以及在生物传感器方面的应用都具有一定的指导意义.

增加表面等离子体波导中慢光的传播长度研究

因为金属内部的吸收损耗,表面等离子体波导的应用受到了阻碍。通过在电介质芯中引入非线性材料,提出了参量增益机制来补偿纳米尺寸金属-绝缘体-金属(MIM)波导中的传输损耗。有限差分时域法(FDTD)进行仿真结果表明,使用此方法群速度为0.005c的慢光的传播长度显著增加到为原来的四倍。

多针-平板介质阻挡放电提高玻璃表面憎水性的研究

用大气压空气中多针-平板电极结构的DBD对玻璃表面进行憎水性改性。通过测量水接触角、表面电阻和湿闪电压等研究了这两种形式DBD产生的等离子体处理前后玻璃的表面特性以及处理电压和处理时间对改性效果的影响,结果表明:在玻璃表面涂一层二甲基硅油并经等离子体处理后,能在玻璃表面生成一层长效、致密的憎水膜。随处理电压和处理时间的不同,改性效果不同,当处理电压10kV、处理时间8min时提高憎水性效果最明显。