非对称共轴腔结构色产生与调控

金属纳米结构应用于产生和调控结构色有巨大的潜力.本文设计了一种基于银纳米非对称共轴腔的阵列结构,研究环形腔在非对称情况下对于结构色产生和调控的影响,通过时域有限差分的方法对非对称共轴腔有序阵列进行仿真计算,得到了结构几何参数对结构色的影响.结果表明,调节共轴腔深度、开口大小和厚度都能产生丰富的结构色.实验与仿真结果基本一致.相比对称式结构的共轴腔,本文提出的非对称金属纳米结构在颜色显示方面具有更好的可调性,在彩色成像、高分辨率成像、防伪等方面有潜在应用.     

圆柱形蛋白石和反蛋白石结构光子晶体的制备及其光学性质

研究了在圆柱曲面基底上自组装空心和实心的圆柱形蛋白石和反蛋白石结构光子晶体的方法. 用垂直沉积法在不同曲率半径的毛细管内自组装了空心圆柱形聚苯乙烯(PS)蛋白石结构光子晶体薄膜和二氧化硅 (SiO₂) 反蛋白石结构薄膜; 用类重力沉积法制得实心圆柱形蛋白石和反蛋白石结构光子晶体, 并讨论了这一生长方式中的状态变化过程及影响因素. 用扫描电子显微镜对样品内部结构进行了表征, 用光谱仪测试了光子晶体薄膜的反射光谱, 结果表明: 基底曲率半径和微球粒径的大小是影响空心蛋白石和反蛋白石薄膜质量的主要因素; 微球大小是影响实心结构有序性的主要因素. 关键词： 反蛋白石 空心圆柱 溶胶凝胶协同自组装     

圆柱基底上胶体晶体的制备及光学特性表征

在圆柱基底的曲面上利用垂直沉积法将胶体小球自组装生长为胶体晶体.观察了晶体形貌,搭建了光学测试系统,并对其光学特性进行了表征.讨论了不同实验参数对曲面上胶体晶体生长过程及质量的影响.实验结果表明,在合适的温度和浓度下,在毛细管曲面上制备了高质量的胶体晶体.     

采用溶胶凝胶协同自组装与光刻相结合的方法在反蛋白石结构薄膜中引入二维缺陷

采用溶胶凝胶协同自组装与光刻相结合的方法,在光子晶体反蛋白石结构中引入缺陷,通过溶胶凝胶协同自组装方法在硅片上垂直沉积胶体晶体复合薄膜,把BP212正性光刻胶均匀旋涂在复合薄膜上,通过曝光、显影等光刻工艺,把掩膜版图案复制在复合薄膜上,用此样品再次垂直沉积一层复合薄膜,使图案被复合薄膜覆盖.最后去除胶体微球与光刻胶图案,从而在反蛋白石结构中引入缺陷,用扫描电子显微镜对样品进行表征.分析了光刻胶图案对胶体微球排列的影响.     

极性、半极性和非极性InN薄膜的MOCVD外延生长与表征

利用金属有机化合物化学气相沉积（MOCVD）技术,在不同晶面的蓝宝石（Al2O3）衬底上实现了极性（0002）面、半极性（11-22）面和非极性（11-20）面InN薄膜的外延生长,并通过多种表征手段对三个不同极性面InN薄膜的结构和光学特性进行了系统研究。X射线衍射（XRD）曲线展示了（0002）、（11-22）和（11-20）面InN较强的衍射峰,表明InN薄膜具有较高的成膜质量。通过扫描电子显微镜（SEM）表面图发现,极性（0002）面InN的表面形貌较光滑,而半极性和非极性InN表面均存在未完全合并的孔洞。光致发光（PL）光谱展示,不同极性面InN的峰值能量在0.63 eV附近,并从极性、半极性到非极性逐渐红移。此外,可见-红外分光光度计测得的透射谱显示,极性（0002）面InN的吸收边约为0.85 eV,而半极性（11-22）面和非极性（11-20）面InN的吸收边约为0.78 eV,表明极性InN具有更大的斯托克斯位移。     

基于氧化石墨烯/聚苯乙烯电光调制器的运转模式可切换光纤激光器

利用电信号改变氧化石墨烯（GO）固有的光学吸收特性,可以实现对光纤锁模激光器输出性能的有效调控。在GO中引入聚苯乙烯（PS）纳米微球可以实现光波导结构,进而形成局域场并有效降低器件损耗。因此,采用微电子打印工艺制备了基于GO/PS的电光调制器,并以较低的泵浦功率（34.3 mW）实现了环形光纤激光器运转模式的主动调控。在0～20 V的调制电压下,激光器实现了连续波、调Q锁模、锁模三种运转模式的切换。所设计的全光纤电调制器件将锁模信号的脉冲宽度压缩到了20 ps,对应的重复频率为21.4 MHz。通过调控驱动电压,该器件的插入损耗从2.30 dB降低到了0.86 dB,平均输出功率从1.09 mW提升了1.52 mW。     

采用微流注射法在光纤端面制备单层胶体微球薄膜

提出了一种在光纤端面制备单层胶体晶体薄膜的新方法——微流注射法,利用针尖微量注射胶体微球溶液,该方法可以在气/液界面直接形成大面积六角密排的周期纳米球阵列,面积达到平方厘米级别,再利用二维胶体单层膜的可转移性,将薄膜转移至到光纤端面衬底上,形成单层胶体微球有序薄膜.采用扫描电子显微镜和光谱分析仪对样品形貌、结构以及光学特性进行了表征和分析.电子显微镜图像表明,光纤端面的胶体晶体为六角密排阵列结构.透射光谱表明,该结构具有光子晶体的带隙特征,带隙的中心波长约为700和850 nm,与分析软件FDTD Solutions仿真结果相吻合.结合溅射沉积方法,得到了银纳米球壳阵列结构,检验了其局域表面等离子体共振效应(LSPR).对比讨论了溶液浓度、弯月面的形成及注射速度等因素对微流组装胶体微球薄膜质量的影响.     

采用溶胶凝胶协同自组装方法制备SiO2反蛋白石结构薄膜及其光学性质研究

研究了溶胶凝胶协同自组装制备大面积高质量SiO₂反蛋白石结构薄膜的方法. 向单分散的聚苯乙烯(PS)胶体溶液中添加SiO₂前驱物溶液,用垂直自组装法一步得到微球空隙中均匀填充有凝胶的 复合PS胶体晶体薄膜,在空气中烧结去除PS后得到SiO₂反蛋白石结构薄膜.通过对添加前驱物溶液比例、 自组装温度以及烧结温度等参数的研究,用不同粒径的PS微球制备了不同孔径的高质量SiO₂反蛋白石结构薄膜. 用扫描电子显微镜和X射线能量色散谱仪对制备得到的薄膜样品进行显微形貌和成分表征,并测试了其透射光谱. 结果表明:溶胶凝胶协同自组装法制备的SiO₂反蛋白石结构薄膜大面积高度有序,孔径可以控制且选择范围宽; 薄膜的透射光谱带隙明显,带隙中心波长与理论计算结果相符.     

Different optical properties in different periodic slot cavity geometrical morphologies

In this paper,optical properties of two-dimensional periodic annular slot cavity arrays in hexagonal close-packing on a silica substrate are theoretically characterized by finite difference time domain(FDTD) simulation method.By simulating reflectance spectra,electric field distribution,and charge distribution,we confirm that multiple cylindrical surface plasmon resonances can be excited in annular inclined slot cavities by linearly polarized light,in which the four reflectance dips are attributed to Fabry–Perot cavity resonances in the coaxial cavity.A coaxial waveguide mode TE11 will exist in these annular cavities,and the wavelengths of these reflectance dips are effectively tailored by changing the geometrical pattern of slot cavity and the dielectric materials filled in the cavities.These resonant wavelengths are localized in annular cavities with large electric field enhancement and dissipate gradually due to metal loss.The formation of an absorption peak can be explained from the aspect of phase matching conditions.We observed that the proposed structure can be tuned over the broad spectral range of 600–4000 nm by changing the outer and inner radii of the annular gaps,gap surface topography.Meanwhile,different lengths of the cavity may cause the shift of resonance dips.Also,we study the field enhancement at different vertical locations of the slit.In addition,dielectric materials filling in the annular gaps will result in a shift of the resonance wavelengths,which make the annular cavities good candidates for refractive index sensors.The refractive index sensitivity of annular cavities can also be tuned by the geometry size and the media around the cavity.Annular cavities with novel applications can be implied as surface enhanced Raman spectra substrates,refractive index sensors,nano-lasers,and optical trappers.