金属粒子阵列共振的偏振特性

当金属纳米粒子形成规则分布且阵列周期与单粒子的共振波长近似匹配时, 会形成一种特殊的阵列共振, 这种共振比单粒子的局域表面等离子体共振具有更窄的共振线宽和更高的共振强度. 基于修正的长波近似方法, 讨论了矩形阵列的消光截面与阵列因子和单粒子的极化率之间的关系; 并详细研究了在不同偏振的入射光照射下, 阵列因子随着电偶极子方向的改变而产生的变化, 以及这一效应对阵列共振和消光截面所产生的影响. 结果表明, 大型的方阵是偏振无关的; 在矩形阵列中, 沿着阵列两个轴向的相邻粒子之间的耦合形成了阵列因子的两个极值, 并且分别对应了散射截面的最小值.     

银纳米三棱柱二聚体的光学性质研究

本文利用离散偶极子近似方法研究了银纳米三棱柱二聚体的光学性质, 考察了粒子相对位置、粒子间隔和入射光偏振方向对消光谱和电场的影响。入射光偏振对二聚体的消光谱和表面电场均有较大的影响。纳米粒子间隔较小时, 粒子间存在较强的耦合; 粒子间隔较大时, 二聚体的消光谱更接近两个相互独立的粒子情形。另外二聚体的表面电场分布和平均电场强度还受到粒子相对位置和间隔的影响, 随着粒子间隔的增大, 表面平均电场值振荡上升达到最大值后减小。     

基于粒子群算法的稀疏阵列超声相控阵全聚焦成像

为降低相控阵超声检测全聚焦算法的成像数据量及阵列稀疏优化的计算时间,研究了一种用于稀疏阵列全聚焦成像的阵列优化算法,并通过实验对其成像效果进行了验证。针对目前超声相控阵检测的全矩阵采集数据量大、全聚焦算法成像时间长的难点,该文通过构建稀疏阵列,在保证成像质量的同时显著降低成像数据量,提高了全聚焦算法的成像效率。通过以主瓣宽度、旁瓣峰值以及主瓣峰值作为约束条件构建适应度函数,采用粒子群算法得到稀疏阵元位置分布并进行阵元权重修正,并将其用于稀疏全聚焦成像。相比全阵元成像,使用粒子群算法所得的稀疏阵列的阵元个数降低了56.25%、65.62%,数据使用量降低了80.86%、88.18%。在阵列优化方面,相比遗传算法减少了84.86%的计算时间。     

银纳米粒子对组装阵列中耦联分子拉曼散射的影响

分别用硼氢化钠和氢气还原法制备了两种不同的银溶胶(I和II),并采用自组装技术将银纳米粒子组装到对巯基苯胺(PATP)修饰的光滑银基底表面,形成银纳米粒子亚单层二维阵列。比较两种阵列中PATP的表面增强拉曼光谱发现,溶胶II所得阵列中的PATP的b2振动得到了较大的增强,即存在较大程度的电荷转移,说明银纳米粒子的性质直接影响了耦联分子的光谱特征。对溶胶Ⅰ进行离心处理,组装,得到的拉曼特征与阵列II类似。就溶胶II的银纳米粒子而言,组装结构中可能形成Ag-N化学键,从而导致更强的氨基与银粒子的相互作用。     

高指数晶面Au-Pd纳米合金粒子的稳定结构研究

基于蒙特卡罗方法, 本文采用了紧束缚势和量子修正Sutton-Chen型多体势两种势能函数对具有不同比例、不同尺寸二十四面体Au-Pd合金纳米粒子的稳定结构、表面原子分布、核壳分布和化学短程序值进行了研究分析. 结果表明: 两种势函数得到的表面原子分布趋势一致, 即Au-Pd合金纳米粒子中的Au原子趋向于分布在纳米粒子的外层, 而Pd原子趋向于分布在纳米粒子的内层, 这有利于降低纳米粒子的总能; 在Au原子比例较小时, 两种势函数下得到的稳定结构均呈现出核壳分离的结构, 随着Au比例的增大, 紧束缚势函数下得到的纳米粒子稳定结构将趋向于洋葱状的多壳层的结构; 相比于紧束缚势, 量子修正Sutton-Chen型多体势作用下得到的Au-Pd纳米粒子的稳定结构偏聚程度更高.     

等离子体粒子模拟中的有效电流分配方法

介绍Villasenor和Buneman提出的一种可以自动满足静电修正要求的有效电流分配方法.着重讨论在实际模拟中对出界粒子施加粒子边界条件时这种方法有效性的破坏,针对几种典型的粒子边界条件,提出相应的修正方案.模拟实例表明,采用此方法及修正方案后,得到的电磁场能自动地满足Poisson方程.     

金属纳米颗粒双圆环阵列的表面格点共振效应

由金属纳米粒子构成的周期性规则阵列,可以通过粒子间的耦合来激发表面格点共振效应,从而极大压缩单粒子的局域表面等离子体共振效应的线宽.本文将该表面格点共振效应从二维周期性结构推广到轴对称的圆环结构中,提出了双圆环金属纳米粒子阵列结构的电磁响应模型.在此基础上,得到了双圆环阵列发生表面格点共振效应的条件,并发现当阵列结构参数满足特定条件时,该阵列的所有偶极子分量会发生集体共振效应,从而获得极高的近场增强因子.     

高海拔宇宙线观测实验中scaler模式的模拟研究

位于四川省稻城县海子山的高海拔宇宙线观测站(LHAASO)包含3个子阵列,即地面粒子探测器阵列(KM2A)、水切伦科夫探测器阵列(WCDA)和广角大气切伦科夫望远镜阵列(WFCTA).作为LHAASO实验的主阵列,KM2A由5195个地面电磁粒子探测器(ED)和1188个地下缪子探测器(MD)组成.对地面宇宙线观测实验来说,常有两种独立的数据采集模式,即shower 模式和scaler 模式.本文通过Monte Carlo方法,利用CORSIKA软件包和G4KM2A软件包,对KM2A-ED阵列中的scaler模式进行了模拟研究.当64个ED作为一个cluster、符合时间窗口为100 ns时,多重数m≥1,2,3和4的计数率分别约为88 kHz,1400 Hz,220 Hz和110 Hz.对scaler模式探测原初宇宙线的能量和有效面积也进行了模拟计算,发现KM2A-ED中多重数m≥1时探测原初质子的阈能可降低到100 GeV、有效面积高达100 m~2.本模拟结果为LHAASO-KM2A实验中进行scaler模式的数据触发提供了具体方案,为后续的实验数据分析提供了信息.     

改进粒子水平集法及其应用

针对传统粒子水平集方法的缺陷提出一种虚拟粒子对距离函数的修正方法.改进算法针对虚拟粒子与待修正网格点的各种相对位置进行误差修正,可以避免虚拟粒子在非界面法线方向移动而产生的误差.数值求解涡旋流场问题显示:改进算法的界面捕捉性能得到显著提高.在此基础上,结合投影法求解Navier-Stokes方程组,数值模拟存在高密度比(10³量级)及粘性比(10²量级)的不可压缩两相流问题(气泡上升及自由面不稳定性问题).计算结果与已有结果吻合良好,详细分析主要控制参数对瑞利-泰勒不稳定性现象的影响.     

消光式核壳二聚体传感器的设计与光谱特性分析

根据ITO/Au纳米核壳二聚体粒子在生物医学领域的应用合理性,设计了一种实时检测生物液体的核壳二聚体探针消光式传感器;由偶极子理论推导出输出波长与外界环境折射率关系;利用MATLAB设计ITO/Au纳米核壳二聚体粒子结构;采用软件DDSCAT7.3结合离散偶极近似法,利用二聚体有效半径模拟计算了300~950nm可见光到红外光波段不同核壳比、二聚体间距、以及不同介质折射率的消光光谱;根据传感芯片折射率与偶极共振、耦合八级共振的响应关系得出ITO/Au二聚体的折射率灵敏特性。与传统Ag/Au核壳纳米粒子相比,ITO/Au纳米核壳二聚体结构引入了可作为传感芯片灵敏性自参考参数的耦合八级共振峰,同时ITO/Au二聚体结构的折射率灵敏度可达到419nm/RIU。这些工作及其结果对制作消光式传感器具有重要的意义。     

金属纳米颗粒光学性质的离散偶极近似计算

采用离散偶极子近似(DDA)方法,研究了单体银纳米粒子和银纳米粒子阵列的光谱特性。研究结果发现,单体银纳米粒子的表面等离子体共振消光峰的位置随着周围介质折射率和粒子尺寸的增大逐渐红移,并且消光光谱的峰宽也越来越大。当银纳米粒子正方阵列的周期接近单体的共振波长时,阵列的消光光谱中会出现尖锐的共振峰,改变粒子尺寸的大小可以发现消光光谱中共振峰的峰值和位置有大幅度地改变,通过改变阵列在平行和垂直于入射光偏振方向上的周期,可以调节二维长方阵列共振峰的峰宽和峰位。该研究为纳米粒子在光学显微镜、生物传感元件、数据存储等领域中的应用提供有效地理论参考。     

金和银纳米粒子二维周期阵列的光学性质

本文利用离散点偶极子近似方法(DDA)研究了金和银纳米粒子二维周期阵列的光学性质。研究结果表明二维周期阵列的消光性质及其表面等离子共振(SPR)波长受到阵列内粒子组成材料、粒子形状尺寸、阵列周期和阵列排布方式等因素的影响。对于二维正方阵列,当周期较小时(一般小于300 nm),阵列的共振波长主要取决于粒子组成材料和形状尺寸;当周期与阵列单体的共振波长附近时,阵列的消光谱中会出现极窄且锐的SPR共振峰,峰位只与阵列的周期值相关。改变阵列在平行和垂直于入射光偏振方向的周期,可以方便地调节二维长方阵列的共振峰的峰位和峰宽。     

基于改进粒子群算法的LED光源阵列优化

为了提高发光二极管（light emitting diode,LED）光源阵列的光照均匀度,提出一种改进粒子群算法和新型等差LED阵列排布方式。根据光照分布模型建立了照射面的光照均匀度评价函数,使用改进的粒子群算法对新型等差LED阵列、矩形及圆形阵列进行优化。将优化后的LED阵列数据导入光学软件TracePro中进行仿真验证,得到优化后等差、矩形及圆形LED阵列的光照均匀度分别为82.89%、73.31%及78.56%,比优化前LED阵列的光照均匀度分别提高了15.84%、10.65%及15.57%。研究结果表明,改进后的粒子群算法收敛速度更快、精度更高,且提出的新型等差LED阵列有着更好的光照均匀度。     

羊八井ARGO实验触发效率的地磁场效应

广延大气簇射(EAS)中次级带电粒子在地磁场中偏转,影响次级粒子的横向分布.本文简要分析了羊八井宇宙线观测站不同天顶角的地磁场因子随方位角的变化,表明地磁场对从北方来的宇宙线次级粒子横向分布的影响比对南方来的大.利用蒙特卡罗方法模拟了有无地磁场情况下两个大容量的EAS样本,采用ARGOG探测器模拟程序模拟羊八井ARGO阵列的触发效率.模拟结果表明在忽略地磁场影响时阵列的触发效率确是各向同性的,有地磁场时触发效率南高于北,且原初粒子的天顶角越大,这种南北不对称性越明显.     

光量子体系下基于粒子群算法的LED植物照明光源设计

在现代农业生产中,常采用发光二极管(LED)作为植物照明光源对农业作物进行补光,为提高LED植物照明阵列光源的均匀度,本文在光量子体系下,提出一种新的基于粒子群算法的LED植物照明阵列光源设计方法。通过MATLAB对红蓝光LED植物光源阵列进行数学建模,运用粒子群算法寻找高均匀度条件下的红蓝光LED坐标,设计出二维情况下的红蓝光LED排布阵列;在三维情况下,为解决维度升高时可能会导致的求解陷入局部极小问题,采用改进的随机惯性权粒子群算法进行三维方案设计,并使用Tracepro对两种设计方案进行验证,与传统的红蓝光LED等间距逐行排列设计进行了对比。研究结果表明,与常见逐行排列LED阵列设计达到的光量子通量密度(PPFD)均匀度为79.6%相比,通过粒子群算法寻优的设计方法,二维设计方案的PPFD均匀度达到88.7%,较等间距逐行排列设计提高了9.1%;三维设计方案的PPFD均匀度达到92.6%,较二维设计方案提高了3.9%,较等间距逐行排列设计提高了13%。本实验证明了运用粒子群算法在二维和三维空间进行LED植物照明阵列光源设计的可行性,在简易设计流程的同时,提高了工作效率。     

用于气象观测的阵列式温度传感器流体动力学分析与实验研究

传统百叶箱和防辐射罩内部的温度传感器受到太阳辐射会导致其温度高于大气真实温度, 升温量可达0.8 K甚至更高. 为提高大气温度观测精度, 本文设计了一种阵列式温度传感器. 利用计算流体动力学方法分析计算该传感器在不同环境条件下的辐射升温量, 采用遗传算法对计算结果进行拟合, 获得辐射升温量修正方程. 为验证阵列式温度传感器的实际性能, 研制了强制通风温度测量平台. 将阵列式温度传感器、配有传统防辐射罩的温度传感器和强制通风温度测量平台置于相同环境下, 进行大气温度观测比对实验. 配有传统防辐射罩的温度传感器辐射升温量平均值为0.409 K; 与前者相比, 阵列式温度传感器的辐射升温量仅为0.027 K. 这种阵列式温度传感器可将辐射升温引起的误差降低约93%. 辐射升温量实验测量值与修正方程修正值之间的平均偏移量为0.0174 K, 均方根误差为0.0215 K, 该结果验证了计算流体动力学方法与遗传算法的准确性. 如果配合计算流体动力学方法与遗传算法, 温度测量精度有进一步提高的潜力.     

银纳米粒子自组织二维有序阵列

采用液液二相转移方法合成出颗粒直径为(4.18±0.5)nm的银纳米粒子溶胶,并用紫外可见光谱对所制得的银纳米粒子溶胶的单分散性和稳定性进行了研究.结果表明,所得到的溶胶相为稳定的、粒径分布窄的单分散体系.红外光谱的分析结果表明,稳定剂1壬基硫醇包缚在银纳米粒子表面.并且,通过自组织方法获得了二维有序的银纳米粒子阵列 关键词： 银纳米粒子 液液二相转移方法 自组织 二维有序阵列     

快速计算阵列波导光栅波导耦合系数的修正重叠积分方法

提出了一种修正的重叠积分方法用以计算阵列波导光栅(AWG)波分复用器件中光从自由传输区域到阵列波导的耦合系数,并和光束传播法(BPM)数值方法计算得到的结果做了比较通过比较分析,得出结论:当波导中心距不是太小时,用修正重叠积分这一快速方法是合适的.     

基于换能器阵的三维多粒子悬浮及操控装置

针对目前三维声操作技术悬浮粒子数量少、悬浮空间局限的问题,本文提出了一种由三对相对换能器阵列组成的声悬浮装置的设计方案,通过改变换能器阵列的相位差,成功实现了粒子的三维操纵.该装置可用于测量声速,相对误差一般在2%~5%左右,对测量环境要求比较严格.     

银纳米粒子阵列的自组装及其表面增强拉曼光谱应用

在以聚赖氨酸为表面耦联层分子的玻片基底制备了银纳米粒子阵列。ＳＥＭ表征结果表明,银粒子以亚单层的形式排列在基底表面。比较银溶胶和纳米粒子阵列的紫外可见光谱可见聚赖氨酸耦联层对银纳米粒子的粒径具有一定的选择性,甲基紫精在银纳米粒子阵列上的表面增强ＦＴ拉曼光谱表明在近红外区拉曼散射的表面增强主要来自于化学增强效应。