基于金属狭缝-凹槽结构单向激发表面等离子体

单向激发表面等离子体,在光通信、集成光学、光刻等方面有着广泛的应用。从理论上提出了一种亚波长金属狭缝-凹槽结构,利用背照射的激发方式,在金属膜表面实现了单向激发表面等离子体。设计过程中采用时域有限差分法进行数值模拟。首先改变凹槽的深度和宽度使得通过凹槽传播的表面等离子体的电场强度达到最低,并利用散射矩阵理论解释了其物理机制。然后基于表面等离子体干涉原理,改变狭缝与凹槽之间的距离使向背离凹槽一边传播的表面等离子体干涉加强,从而使金属狭缝-凹槽结构实现单向激发表面等离子体,最大分束比可以达到8。     

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.     

模拟分析具有表面等离子体效应的纳米光学天线及其阵列

基于时域有限差分方法,模拟分析了位于介质材料上的杆形和蝴蝶结形两种金纳米天线及杆形天线阵列. 结果表明天线近场光斑直径约可以达到波长的1/11,蝴蝶结形天线的光斑强度可以比入射光场增强91倍. 杆形天线阵列仍可以实现这种增强效应. 蝴蝶结形天线中光场增强最高可以达到28000倍,而且局域化的光场可以耦合到天线臂上的纳米颗粒.     

模拟分析具有表面等离子体效应的纳米光学天线及其阵列

基于时域有限差分方法,模拟分析了位于介质材料上的杆形和蝴蝶结形两种金纳米天线及杆形天线阵列.结果表明天线近场光斑直径约可以达到波长的1/11,蝴蝶结形天线的光斑强度可以比入射光场增强91倍.杆形天线阵列仍可以实现这种增强效应.蝴蝶结形天线中光场增强最高可以达到28000倍,而且局域化的光场町以耦合到天线臂上的纳米颗粒.     

参量变化对长程表面等离子体波特性的影响

为了掌握长程表面等离子体波的共振角度、共振峰半峰全宽以及衰减峰深度等重要特性,采用棱镜耦合激发介质-金属薄膜-介质对称结构中的长程表面等离子体波,研究了金属膜材料、厚度、介质折射率及介质厚度等参量变化时对长程表面等离子体波特性的影响。结果表明,实验中激发的长程表面等离子体波的衰减峰半峰全宽比传统的窄1~2个数量级;当介质膜厚度为500nm和1300nm时,激发的表面等离子体波的衰减深度只有薄膜厚度为700nm和1000nm时的1/2左右;随着介质膜厚度的增加,半峰全宽减小,金属膜越薄,衰减深度越深,衰减峰的半峰全宽值越小;介质膜折射率的改变对于半峰全宽的影响不明显;金属膜参量的变化将改变共振峰的位置。该研究为长程表面等离子体波的激发及应用于传感领域提供了有效依据,有利于其在波导和生物传感等方面的应用。     

级联槽型腔表面等离子体滤波器

提出一种中心波长随槽型腔腔长线性变化、透射率随耦合距离可调的级联腔表面等离子体滤波器。该滤波器由输入波导、两个级联的介质槽型腔和输出波导组成。通过级联两个相同的槽型腔,共振模被分离从而实现窄带的双通道滤波器;进一步调节输出波导的位置,能够将双通道分离,实现单通道的滤波。通过时域有限差分法和耦合模理论对模型进行仿真分析,结果表明,该滤波器的最小半高宽低至20nm。同基于单槽型腔的滤波器相比,半高宽显著减小。     

槽型腔表面等离子体滤波器特性研究

为了降低槽型腔滤波器透射频谱的FWHM(半高全宽),采用FDTD(时域有限差分法)对基于MIM(金属-介质-金属)波导的单槽型腔滤波器和级联槽型腔滤波器结构进行了数值模拟,并用耦合模理论对其透射频谱进行了分析。仿真结果表明,级联槽型腔滤波器能够有效抑制透射频谱的FWHM,其透射频谱的FWHM仅为单槽型腔结构的30%～40%。     

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...     

表面等离子体光学增强型红外探测器元件

美国专利US7329871 (2008年2月12日授权)红外探测器分光子探测器和热探测器两类,它们已被广泛用于红外辐射的探测和成像。这两种探测器的灵敏度都会受到多种噪声源的限制。如果能用一种天线结构将电磁场集中在探测器的较小的范围内,则可以使探测器的性能得到提高。     

基于表面等离子体共振的光子晶体光纤生物传感

为解决电化学生物传感的电磁干扰,提高光学生物传感的灵敏度,提出了一种基于表面等离子体共振(SPR)的光子晶体光纤(PCF)传感结构并将其应用于脱氧核糖核酸的检测中.为了易于检测,将Au膜镀在PCF的外表面直接接触待测溶液.利用全矢量有限元法结合各向异性的完美匹配层对该结构进行数值研究.结果 表明,在1.333～1.34...     

金纳米球壳结构局域表面等离子体共振调谐特性

理论研究了金纳米球壳结构局域表面等离子体共振(LSPR)的调谐特性。结果表明,对于固定内径的球壳结构,利用杂化效应使得球壳结构可通过改变其厚度实现LSPR峰位的调控,并可保持较窄的谱宽;而对于不同内径的球壳,在LSPR调控过程中,随壳层厚度与球壳内半径比值的减小,吸收光谱在消光光谱中所占比例增大。不仅如此,利用杂化效应进行偶极峰位调控时所能获得的峰位调控范围与球壳内径有关,内径越大,所能获得的偶极峰位调控范围越大。     

无标记快速检测蝇毒磷的表面等离子体共振生物传感器

针对现有农药检测方法操作复杂、仪器贵重、不利于现场快速检测等问题,将自行研制的便携式表面等离子体共振生物传感器应用于高毒性农药蝇毒磷的检测,采用直接法检测抗体。提出连续检测法,对质量浓度分别为500、200、100、50、0 mg/L的蝇毒磷小分子样品进行了连续检测实验。通过实验证明了该装置和方法的可行性。基于表面等离子体共振的无标记蝇毒磷检测方法简单,仪器便携,操作简便,可实现现场快速检测。     

碳纳米管束/介质界面表面波激发与传输特性

基于表面等离子体波产生的物理机理和其新颖特性,设计出能够激发太赫兹表面等离子体波的两种圆柱体周期性光栅结构模型.通过研究周期性阵列结构中表面等离子体波的色散关系,理论预测了表面等离子体波的共振频率,并在仿真实验结果中得到验证.通过观察表面等离子波电场的变化,结合理论详细分析了界面处表面波随各因素的变化规律.研究结果表明,垂直结构的碳纳米管束半径为24 m,栅周期为95 m时,激发的表面等离子波最强;而对于水平结构,半径为25 m,栅周期为120 m时,所激发表面等离子波最强.其研究结果对利用等离子波探测THz信号和THz传感器的设计有重要指导意义.     

Surface Plasmon Resonance Sensors Based on Polymer Optical Fiber

Surface Plasmon Resonance （SPR） is a powerful technique for directly sensing in biological studies, chemical detection and environmental pollution monitoring. In this paper, we present polymer optical fiber application in SPR sensors, including wavelength interrogation surface enhanced Raman scattering SPR sensor and surface enhanced Raman scattering （SERS） probe.
Long-period fiber gratings are fabricated on single mode polymer optical fiber （POF） with 120 μm period and 50% duty cycle. The polarization characteristic of this kind of birefringent grating is studied. Theoretical analysis shows it will be advantageous in SPR sensing applications.     

双缝波导结构表面等离子体可见光分束器设计

理论设计了一种金属-介质-金属(MIM)双缝结构的表面等离子体可见光分光器。利用表面等离子体效应及经典光学干涉原理,改变双缝波导结构中的填充介质、结构厚度、狭缝宽度、双缝宽度等参数,可使波长不同的两束可见光通过双缝亚波长结构后实现表面等离子分束的效果。设计过程中采用时域有限差分法(FDTD)进行数值模拟,分别模拟计算了双缝宽度相同填充介质不同和双缝填充介质相同宽度不同两种情况下的光场分布,且都得到了较好的分束效果,最大分束比可达12。该设计结构简单,可以通过电子束刻蚀系统等实验设备加工,具有较好的应用前景。     

一种表面等离子体激元定向耦合器的传输特性

利用三维全矢量时域有限差分法(FDTD)数值模拟了一种波导间隔金属条高度小于金属层厚度的表面等离子体激元(SPP)定向耦合器,并分析了其在基模传输时的模式场分布和能流密度分布,讨论了耦合长度、最大转移功率与间隔金属条高度的变化关系。结果表明,波导内沿纵向的能流密度在靠近间隔金属条部分的强度更大,有助于提高波导间耦合效率,并且当减小间隔金属条的高度时可以有效缩短定向耦合器耦合长度。这种亚波长定向耦合器结构可以应用在基于表面等离子体激元的集成光路中。     

10 Gbps Optical Signal Transmission via Long‐Range Surface Plasmon Polariton Waveguide

We demonstrate 10 Gbps optical signal transmission via long‐range surface plasmon polaritons (LR‐SPPs) in a very thin metal strip‐guided geometry. The LR‐SPP waveguide was fabricated as a 14 nm thick, 2.5 μm wide, and 4 cm long gold strip embedded in a polymer and pigtailed with single‐mode fibers. The total insertion loss of 16 dB was achieved at a wavelength of 1.55 μm as a carrier wave. In a 10 Gbps optical signal transmission experiment, the LR‐SPP waveguide exhibits an excellent eye opening and a 2.2 dB power penalty at 10^?12 bit error rate. We confirm, for the first time, that LR‐SPPs can efficiently transfer data signals as well as the carrier light.     

一种新型表面等离激元波导系统

提出了一种新型表面等离激元波导系统,并对其模式特性和对纳米微粒产生的光学力进行了研究。采用有限元软件(COMSOL)对该系统进行了数值模拟和理论分析,发现在该结构纳米级的间隙中可以形成深亚波长电磁能量的束缚。由于双波导结构之间强烈的耦合作用,相比于已有的一些表面等离激元波导,光学力至少提高了一个数量级,达到了4 200fN/W以上,同时被捕获粒子的局域范围仅有几十纳米。该波导系统可以用于强力、高精度纳米级光镊的设计和研究。     

准分布式光纤表面等离子体波传感器

研究了一种基于波分复用原理的准分布式光纤表面等离子体波传感器。应用光波导理论和多层膜反射理论分析了表面等离子体波效应在同一光纤探头中连续被激励的原理及其传感模型。通过数值模拟和相应实验分别考察了蒸镀调制层对表面等离子体波共振(SPR)效果的影响,并在此基础上给出了设计的一般步骤和原则。实验结果表明,蒸镀不同厚度的Ta2O5薄膜将导致表面等离子体波共振光谱发生偏移,且随着膜厚增加而逐渐发生红移;当液体折射率n0处于1.333~1.388之间时,蒸镀有Ta2O5薄膜的光纤表面等离子体波传感器波长灵敏度达到2235 nm/RIU(Refractive Index Unit);通过在一支光纤探头上依次加工两个表面等离子体波传感区域,实现了对光波信号的连续调制。     

基于反射光强度检测的棱镜SPR传感器

提出一种基于Kretschmann结构的新型棱镜表面等离子体波共振(SPR)传感方法.基于常规SPR角度检测系统,固定入射光角度,检测不同待测液体介质所对应的光强反射率,实现对液体相关性质的检测.通过建立理论模型和数值模拟,考察棱镜基体类型、金属薄膜介电常数和厚度、入射光波长等参数对SPR光强反射率的影响,进而提出耦合系数η用以衡量SPR效应强弱和变化趋势.此检测方法可省去常规角度调制系统中精密角度旋转装置,无需实时调整光探测器接收角度,并可根据需要动态调整检测范围.