基于石墨烯的Au纳米颗粒增强染料随机激光

石墨烯和纳米颗粒的复合材料具有新颖的光学和电学特性,被广泛应用于信息传感、光电转换、医学诊断等领域,具有十分广阔的发展前景.虽然石墨烯拥有优异的光电性能,可以实现对随机激光性质的调控,但目前实现特殊结构的石墨烯与金属纳米结构的复合过程复杂繁琐,利用石墨烯有效降低随机激光阈值仍存在挑战.本文利用便捷的化学还原及吸附法制备Au/石墨烯结构,以染料DCJTB为增益介质,使用旋涂法制备了均匀的薄膜样品;研究对比Au纳米颗粒和Au/石墨烯结构随机激光特性,分析了石墨烯的作用机理.研究结果表明,Au/石墨烯复合材料透射峰与增益介质的光致发光光谱峰最为接近,对于染料分子的能级迁跃起到了促进作用.在相同的增益介质中,石墨烯的加入不仅使得光子在无序介质中散射频次增加,促进了增益效果,而且增强了Au纳米颗粒表面的等离子体共振效应.二者相互协同,展现出了优异的随机激光特性,阈值降低至2.8μJ/mm~2;对样品重复测量可得样品的激射重复性较强、品质较高.本研究对促进随机激光应用、实现高性能的光电器件起到了一定的推动作用.     

TiO2纳米颗粒对染料掺杂聚合物分散液晶的随机激光辐射特性的影响

随机激光的阈值与体系内的散射强度存在密切关系.高折射率二氧化钛(TiO2)纳米颗粒与染料掺杂聚合物分散液晶(DDPDLC)均匀混合后,由于液晶微滴与TiO2纳米颗粒之间的强散射作用,DDPPLC的随机激光具有更低的激光发射阈值,并且随TiO2纳米颗粒的掺杂浓度而变化;在优化TiO2纳米颗粒掺杂浓度的基础上,DDPDLC...     

基于银掺杂钠钙玻璃的荧光染料自发辐射增强

本文通过离子交换和后续热处理的方法在钠钙玻璃中引入Ag纳米颗粒, 并将Ag掺杂的钠钙玻璃作为衬底增强了钠钙玻璃和荧光染料罗丹明6G(R6G)的荧光辐射。Ag纳米颗粒的表面等离激元散射增强了掺杂玻璃的荧光, 而R6G的增强荧光辐射则源于掺杂玻璃与荧光染料之间的辐射共振能量转移。     

基于多形貌银纳米颗粒的多波长相干随机激光研究

采用溶剂热法分别制备了球形银纳米颗粒和多形貌银纳米颗粒,其中球形银纳米颗粒具有400 nm的窄带等离激元共振峰,而多形貌银纳米颗粒的共振区间在400～700 nm之间,将它们分别掺入R6G与PVP的混合溶液中,利用旋涂法在玻璃基板上制备银纳米颗粒嵌入染料掺杂聚合物薄膜随机激光器。采用纳秒脉冲激光进行随机激光泵浦实验,实验结果表明球形银纳米颗粒染料掺杂聚合物薄膜只有自发辐射峰,而多形貌银纳米颗粒染料掺杂聚合物薄膜具有线宽<0.8 nm的相干随机激光发射光谱,其阈值为1.9 mJ·cm-2, 这可能是由于银纳米颗粒的等离激元共振区间与R6G的发射光谱重叠,支持局域等离激元效应的形成,明显的局域场增强有效地改善了与附近分子的相互作用,从而激发了更多的辐射光子,促进了高增益的形成。进一步,利用多形貌银纳米颗粒在银纳米颗粒染料掺杂聚合物薄膜中随机分布的特性,通过改变泵浦位置,实现了20 nm范围内的随机激光输出波长的调控,具体输出范围为590.1～610.4 nm。认为这是由于多形貌银纳米颗粒在不同位置的组成和分布不同,改变了表面等离激元的相互作用和光子的散射能力,从而形成不同的增益效应和不同的封闭光振荡路径。此外,考虑到多形貌银纳米颗粒的共振波长较宽,探究了其用于输出其他颜色光的可能性。以与上述银纳米颗粒R6G染料掺杂聚合物薄膜相似的制备方法,制备了多形貌银纳米颗粒掺杂DCJTB染料聚合物薄膜,并且进行随机激光泵浦实验。结果表明,可以有效的产生波长为675 nm,半高宽<0.8 nm的相干红光随机激光,并且阈值仅为0.98 mJ·cm-2。研究结果在宽带可调谐随机激光器研究以及多色随机激光器研究领域具有重要的参考价值。     

胶体金纳米颗粒的荧光光谱特性

研究了胶体金纳米颗粒的荧光激发光谱和荧光发射光谱特性.增大激发光的波长,发射峰相应红移并在629nm达到最强,对应的灵敏激发波长为473nm.增加金纳米颗粒粒径,观察到发射谱的峰值先增大然后减小.发射峰产生的原因在于电子与带间空穴的复合导致非线性共振光散射.发射峰强度和金颗粒粒径的关系可以用表面等离子体震荡引起的局域场增强来解释,数值计算结果和实验结果能较好的吻合.     

激光刻蚀法制备Pd纳米颗粒及其光谱特性初探

用Nd:YAG脉冲激光器1 064 nm激发光在二次去离子水中制备了Pd胶体.此体系中Pd颗粒表面不存在杂质离子,为"化学纯净".刻蚀后将Pd胶体沉积在铝基底上形成一层Pd岛膜.紫外-可见吸收光谱表明Pd胶体在200～800 nm测量范围内没有出现特征吸收峰,说明Pd胶体的吸收光谱并不能反映Pd胶体中Pd颗粒的粒径分布等信息.SEM显示Pd岛膜由Pd纳米颗粒组成,其平均粒径在200 nm左右.以101-3mo/·L-1的4-巯基吡啶(4MPY)为探针分子对Pd胶体和Pd岛膜的表面增强拉曼散射(SERS)进行了研究.结果显示,在Pd胶体中没有获得4MPY的SERS信号;Pd岛膜是一种非常高效的活性增强基底,从实验数据估算得出其增强因子约为8.7×104.SERS光谱分析显示4MPY分子通过S原子以倾斜的方式吸附于Pd岛膜表面;与Pd岛膜表面相比,4MPY分子在Ag岛膜上更趋于采用垂直于表面的吸附取向.     

Al纳米颗粒增强微晶硅薄膜太阳电池光吸收的模拟研究

利用价格低廉、性能优良的金属纳米颗粒增强太阳电池的光吸收具有广阔的应用前景. 通过建立三维数值模型, 模拟了微晶硅薄膜电池前表面周期性分布的Al纳米颗粒阵列对电池光吸收的影响, 并对其结构参数进行了优化. 模拟结果表明: 对于球状Al纳米颗粒阵列, 影响电池光吸收的关键参数是周期P与半径R的比值, 或者说是颗粒的表面覆盖度; 当P/R=4–5时, 总的光吸收较参考电池提高可达20%. 与球状颗粒相比, 优化后的半球状Al纳米颗粒阵列可获得更好的陷光效果, 但后者对颗粒半径R的变化较敏感. 另外, 结合电场分布, 对电池光吸收增强的物理机理进行了分析.     

银纳米颗粒阵列的表面增强拉曼散射效应研究

利用具有高密度拉曼热点的金属纳米结构作为表面增强拉曼散射(SERS)基底,可以显著增强吸附分子的拉曼信号.本文通过阳极氧化铝模板辅助电化学法沉积制备了高密度银(Ag)纳米颗粒阵列;利用扫描电子显微镜和反射谱表征了样品的结构形貌和表面等离激元特性;用1, 4-苯二硫醇(1, 4-BDT)为拉曼探针分子,研究了Ag纳米颗粒阵列的SERS效应.通过优化沉积时间,制备出高SERS探测灵敏度的Ag纳米颗粒阵列,检测极限可达10~(-13)mol/L;时域有限差分法模拟结果证实了纳米颗粒间存在强的等离激元耦合作用,且发现纳米颗粒底端的局域场增强更大.研究结果表明Ag纳米颗粒阵列可作为高效的SERS基底.     

纳米随机激光

介绍了以纳米ZnO粉末作为增益介质产生的随机激光。讲述了随机激光的特点、发展历史和它的应用前景。文章以随机激光的理论为基础，描述了四种主要的用于随机激光研究的方法。     

掺杂硅石纳米粉末的染料随机激光发射

针对染料随机激光器特性与应用研究,讨论了无序介质中荧光粒子和额外散射粒子的发光性质、浓度变化以及颗粒尺寸与随机激光发射阈值之间的关系。采用时域有限差分法直接求解Maxwell方程组及速率方程组的方法,模拟仿真出了相应的发射谱线及浓度变化与激光发射阈值的关系曲线。所设计的样品中Rh6G-SiO2的质量分数为4%,其阈值大小为8.5 J/pulse时,额外微小散射体TiO2的加入对该介质随机激光发射产生的影响很小,可忽略不计。在此基础上,通过进一步模拟分析了处于不同条件和背景下随机激光的阈值特性。     

胶体金纳米颗粒的表面等离子体发射特性

利用电化学方法制备出粒径为20-80 nm的胶体金纳米颗粒。研究其荧光发射光谱特性,在485nm处观察到表面自由电子集体激发导致的表面等离子体共振发射峰,其位置不随激励光波长的变化而移动。当激励光波长为485 nm时,观察到最强的发射峰。在240和640 nm处,还观察到倍频发射峰和3/4分频发射峰。增加金纳米颗粒粒径,观察到发射谱的峰值增大而发射峰的位置只有很小的红移。     

电场作用下染料掺杂手性向列相液晶器件激光辐射谱研究

研究了电场作用下染料掺杂手性向列相液晶器件激光辐射谱。设计了两种电极结构,分别对正性和负性液晶器件施加横向和纵向电场,采用532 nm的Nd∶YAG脉冲固体激光器泵浦样品。对正性液晶器件施加电场,在 630～660 nm范围获得多波长的激光输出。对负性液晶激光器件施加电场,获得调谐范围为18.5 nm的激光输出。由器件织构和光子禁带的变化,进行了深入的分析。正性液晶器件,在电场力矩与扭曲力矩相互竞争过程中,引起液晶的流动,光子禁带上下浮动,因此不仅在禁带边沿,禁带内也出现激光辐射。而负性液晶器件随着电场强度增大,液晶螺距收缩,禁带蓝移,输出激光波长从681.0 nm蓝移到662.5 nm,出射激光波长为光子禁带边沿处。负性液晶器件在电场作用下的稳定性较好。     

十八胺LB膜吸附组装金纳米颗粒研究

制备了十八胺单层、多层LB膜及粒径为几个纳米的金纳米粒子。pH值小于10.3时十八胺带正电荷,将其置于金纳米溶胶(pH值10.3)中,带负电荷的金纳米粒子与带正电荷的十八胺之间通过静电作用,金纳米颗粒被成功地吸附组装到十八胺LB膜中,形成纳米薄膜。紫外-可见光谱、红外光谱及扫描电镜显示:金纳米颗粒通过这种方法能够很好的组装在十八胺LB膜上,且其组装层整齐有序,同时也受十八胺LB膜层数及组装时间的影响。     

苝聚集体随机激光的近场散射增强

本文通过物理模拟发现苝聚集体纳米粒子有很强的近场散射. 苝聚集体由异丁基取代聚倍半硅氧烷(POSS)苝(DPP)构成,其理论模拟得到的近场散射增强被实验证实. 同时,由聚集体的二硫化碳溶液激发出相干随机激光. 近场增强源自于通过化学键连接的POSS基团,相干随机激光源自于苝发射团. 本文通过分子设计发展出一种新的随机激光体系,为后续一系列交叉研究打开了大门,相关交叉研究主要涵盖无序光子学的分子设计等领域.     

具有双共振吸收峰的Au纳米粒子制备及其拉曼表征

表面增强拉曼散射(SERS)很大程度的弥补了拉曼散射强度弱的缺点,迅速成为科研工作者们的研究热点,在食品安全、环境污染、毒品以及爆炸物检测等领域应用广泛。纳米技术的发展使得目前对于SERS的研究主要集中于金属纳米颗粒基底的制备,金属纳米粒子的种类、尺寸及形貌对SERS增强和吸收峰峰位均有影响,要获得好的增强效果,需要对金属纳米结构进行工艺优化。特别是,需要结合金属纳米粒子的结构和激励光波长,以期获得更好的增强效果。为了研究SERS增强和吸收峰之间的关系,开展了具有双共振吸收峰的金属纳米粒子的研究。首先利用FDTD Solutions仿真建模,主要针对金纳米颗粒直径、金纳米棒长径比及分布状态对共振吸收峰进行仿真,得到金纳米球理论直径在50 nm左右,金纳米棒理论长径比在3.5~4.5左右时,吸收峰分别分布在532及785 nm附近,符合多波段激励光拉曼增强条件;对于激励光偏振方向,其沿金纳米棒长轴方向偏振时吸收峰位于785 nm附近,沿金纳米球短轴方向偏振时吸收峰位于532 nm附近。然后采用种子生长法,制备了可用于多种波长激励光的双吸收峰表面增强拉曼散射基底。通过改变硝酸银用量(5,10,20,30和40 μL)、盐酸用量(0.1和0.2 mL)以及其生长时间(15,17,21和23 h)等多种工艺参数来控制金纳米棒含量,得到了同时含有金纳米球及金纳米棒的双吸收共振峰金纳米粒子。最后用该样品作为基底,罗丹明6G(R6G)作为探针分子,分别测试其在532,633和785 nm激励光入射时的SERS表征,对分析物R6G最低检测浓度均达到了10-7 mol·L-1,增强因子达到了~105,满足了多波段SERS检测的需要。     

无序介质中不同模式的激光辐射与散射体密度的关系

以ZnO粉末无序介质激光为例,在介质增益和光场损耗的条件下研究了光子在无序介质中的无规行走行为.在泵浦光强和体积一定的情况下,运用数值模拟研究了不同频率的光受激辐射对散射体密度的要求;得到了不同散射体密度下激光的辐射谱：当散射体密度大于临界密度时才能有激光辐射产生;当散射体密度进一步增大时,辐射谱中出现更高更窄的分离尖锋.     

金属-介质-金属渔网超表面结构调控的荧光辐射：空间选择性激发和双增强

增强荧光辐射在生物成像、高灵敏探测、集成光源等方面都具有重要的应用价值.金属纳米颗粒的周围或者金属纳米结构的间隙都可以产生强的电磁场,相应的,这些结构附近的局域态密度也被极大地增强.虽然增强荧光辐射已经在多种金属纳米颗粒和颗粒对中被证明,但是利用金属纳米结构对荧光分子的吸收和辐射过程同时进行调制仍然是一个有挑战的问题.本文研究了金属-介质-金属超表面对荧光辐射的调控,其中局域表面等离激元(LSP)和磁等离激元(MPP)分別与于分子的吸收和辐射过程发中耦合相互作用.对于吸收过程,LSP的耦合作用使得可以通过旋转泵浦激光的偏振态来实现荧光分子的空间选择激发.此外,MPP模式的偏振依赖特性使得矩形渔网结构中的荧光分子的辐射波长和偏振态也受到调控.实验观测结果经过了时域有限差分模拟的验证.本文报道的纳米结构在光辐射器件和纳米尺度集成光源等方面都具有潜在的应用价值.     

金纳米粒子的制备及其表面增强拉曼散射效应的研究

采用多巴胺化学还原法制备了分散性良好的纳米金溶胶,并检测了其作为表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering,SERS)基底的性质。粒度和透射电子显微镜测试结果表明金溶胶为平均粒径30nm左右的球形颗粒,并且紫外-可见特征吸收峰出现在520nm,为典型的金纳米颗粒特征吸收峰。以罗丹明6G(R6G)为探针分子证明了金溶胶良好的SERS增强效果,用金溶胶对除草剂敌草快(DQ)进行检测,最低检测限可达1×10-7 mol/L。结果表明所制备的金溶胶具有良好的表面增强拉曼散射活性。