表面等离激元波导中表面等离激元二次谐波的产生机制

在表面等离激元波导的二次谐波产生过程中,波导较大的色散导致的相位失配阻碍了其实际应用,能够消除相位失配的波导尚未见实验报道。通过将单层二硫化钼与平面表面等离激元波导相结合,在波导中实现从基频表面等离激元到倍频表面等离激元的转化,并研究单层二硫化钼-银结构的二次谐波产生特性,为表面等离激元波导中二次谐波产生的实际应用打下基础。

表面等离激元“热点”的可控激发及近场增强光谱学

金属纳米结构中特定表面等离激元模式的光学激发及其相互作用是发展高分辨、高灵敏、高精度界面光谱学的物理基础.本文综述了我们研究组近期在表面等离激元共振的光学激发、分类识别、近场增强及在界面光谱学中的应用等方面的进展,主要内容包括:1)利用时域有限差分法,分析了金属粒子-基底体系中SPR"热点"产生的物理机制及影响因素,讨论了电模式和磁模式下界面"热点"的可控激发及"热点"转移的影响因素;2)利用粒子-金膜体系,实现了可见光频率的表面等离激元磁共振,并利用其形成的"热点"进行了表面增强拉曼光谱实验,获得了比常规电模式更高的拉曼增强;3)通过界面SPR"热点"增强二次谐波的实验和理论研究,提出并实现了空间分辨率达到1 nm的等离激元增强二次谐波纳米尺;4)讨论了针尖增强拉曼光谱及针尖增强荧光体系中的空间分辨率、定向发射等关键共性问题的解决方案.相关研究成果可为界面SPR"热点"的可控激发及进一步发展表面增强拉曼、针尖增强拉曼、表面等离激元增强二次谐波等各类高灵敏度,高空间分辨率的界面光谱学方法提供新的思路.

不对称纳米环/椭球二聚体的高阶表面等离激元共振特性

基于三维有限元法,研究了不对称纳米环/椭球二聚体的表面等离激元共振和局域场增强光学特性。结果可得可调的高阶表面等离激元共振,这样的高阶共振源于纳米环和纳米椭球之间的等离激元耦合。同时,在两个纳米结构耦合下,在纳米椭球上可以观察到环形电流,其产生了增强的局域电磁场。数值模拟结果表明,纳米环/椭球二聚体的偏心方向和偏心率对表面等离激元共振有着重要的影响。此结果在表面增强光谱学和生物传感方面都有着潜在的应用。

金属纳米颗粒等离激元共振增强非线性介质谐波的发展现状

随着纳米加工和制备技术的不断发展,金属纳米粒子的等离激元光学特性已得到了广泛的研究与应用。本文基于金属纳米颗粒等离激元共振特性,分析了金属纳米颗粒等离激元共振对介质谐波的增强机制,综述了该增强机制在近几年所取得的最新研究成果及其在生物成像领域的应用。金属纳米颗粒等离激元共振在增强介质非线性特性领域的发展趋势是从简单的金属纳米颗粒向复杂形状纳米颗粒和金属纳米颗粒组装体的发展,这些新型金属纳米颗粒在非线性光学、生物医学上的疾病诊断和治疗有良好的实际应用前景。

二维材料极化激元增强红外光谱技术研究进展(特邀)

表面增强红外吸收光谱技术能够将红外光波高度局域在探测分子周围,极大增强光波与分子的相互作用,为实现微弱分子红外振动光谱信号的高灵敏探测提供了新思路。其中,二维材料极化激元由于具有高度局域化光场和低固有损耗等独特性质,为表面增强红外光谱提供了一种有效的方案。本文综述了二维材料极化激元增强红外光谱技术的研究进展:首先从不同材料体系出发介绍极化激元基本特性,论述极化激元与分子模式耦合机理;在此基础上总结二维材料极化激元增强红外光谱技术的几个重要研究方向,主要包括等离激元增强红外光谱技术、声子极化激元增强红外光谱技术和近场红外光谱增强技术;最后展望极化激元增强红外光谱技术未来可能的发展方向。

局域表面等离激元诱导的三次谐波增强效应

本文研究了二维金三角形纳米颗粒阵列的三次谐波非线性光学效应.金三角纳米颗粒阵列是基于微球刻印技术制成.采用反射式光学系统,观察到该纳米结构在光谱分辨的飞秒激光照射下产生明显的三次谐波.研究表明,当激光抽运频率接近金纳米颗粒的局域表面等离激元共振位置时,三次谐波信号得到增强;三次谐波辐射方向满足动量匹配条件.

Ag纳米粒子修饰光纤探针在等离激元催化反应中的应用

本文发展了一种基于Ag纳米粒子(AgNPs)修饰的局域表面等离激元共振(LSPR)光纤探针,作为等离激元催化反应基底同时原位检测表面增强拉曼光谱(SERS)信号,实现反应与检测一体化。本文使用(3-氨基丙基)三甲氧基硅烷(APTMS)分子将AgNPs组装到光纤探针表面。通过调控自组装时间,可形成AgNPs均匀分布的探针。以对巯基苯胺(PATP)作为反应的模型分子,获得了较好的等离激元催化及信号检测效果。在相同光源条件下,从光纤内部激发收集所得产物的SERS信号强度为外部激发收集的12.8倍,表明内激发收集方式在反应及信号检测方面具有优势;在一定浓度范围(10^(-4)–10^(-8)mol·L^(-1))内可用该光纤探针对PATP溶液进行定量分析;运用该光纤探针开展了等离激元催化PATP分子偶联反应的原位动力学研究。该LSPR光纤探针具有较高灵敏度,对样品损伤小,可在多场合下实现原位检测,且制备简便、成本较低。还有望结合近场扫描光学显微技术进一步对样品表面进行微区等离激元催化反应及检测并得到反应的二维分布图。

等离激元二次谐波的发展与应用

人们借助等离激元结构,可以在亚波长范围内获得、操控局域放大的光场。它与非线性光学结合,衍生出非线性等离激元。等离激元二次谐波因其卓越特性,近年在理论和应用方面均有较大突破。基于流体动力学模型介绍了等离激元结构二次谐波理论,总结了其发展与应用的报道,包括等离激元共振增强二次谐波效率、基于磁场洛伦兹力的二次谐波效应、对二次谐波辐射方向和频率的调控,以及等离激元二次谐波在结构检测、传感、成像等领域的应用。最后,对等离激元二次谐波研究领域可能的发展方向进行了展望。

二维Mxenes-Ag微纳复合膜表面增强拉曼研究

作为新兴的超高灵敏检测技术,表面增强拉曼光谱(SERS)在环境、医药、食品、生理检测等多个领域有巨大的应用前景。由于该技术的检测灵敏度完全依赖于等离激元微纳结构的理化特性,其增强基底的设计和制备成为该领域的研究关键和热点。本文采用二维MXenesAg微纳复合膜作为增强基底,并通过优化Ag纳米颗粒的大小和分布来系统研究其SERS检测性能。相比传统的SERS增强基底,二维MXenes-Ag微纳复合膜具有更大的比表面积和更多的增强位点,MXenes作为吸附层的同时也可以为拉曼检测分子提供电子,使得检测分子发生电荷转移,在电荷转移的过程中会增强拉曼信号的强度,更容易吸附检测分子以获得更大的SERS增强。研究结果表明,该基底对典型SERS探针分子耐尔蓝(NB)与亚甲基蓝(MB)的检测限分别为1×10^(-11)和1×10^(-12)mol·L^(-1)。此外,为分析该SERS增强基底的应用潜力,其增强SERS信号的重现性和均匀性也进行了探究,典型环境污染物福美双和食品添加剂三聚氰胺的检测限为10和100μg·ml^(-1)。本研究成果拓展了SERS增强基底的研究领域,对SERS技术的广泛应用提供了技术支撑。

二维亚波长金属小孔阵列的透射光增强效应

对金属薄膜上的二维亚波长小孔阵列的光透射增强现象进行了数值模拟 ,结果显示不仅实际金属薄膜上的小孔阵列结构具有透射增强效应 ,理想导体薄膜的相同结构也具有透射增强效应 ,但没有实际金属薄膜的增强明显 .通过分析指出 ,这种小孔阵列的光透射增强效应是一种复杂的波导耦合效应 .与金属薄膜上的表面电流一样 ,表面等离激元波具有将入射光能量从金属表面向小孔转移的作用 ,但不是透射增强的本质原因 .