金微纳阵列表面等离激元中红外波段光谱特性

表面等离激元是金属表面自由电子在入射光激发下产生的电子集体振荡行为及其相应的电磁场分布。目前，金微纳颗粒表面等离激元除了在可见光波段内被大量研究和应用外，在中红外波段内也显示出独特的光谱特性，具备设计生产优良传感器的潜力，因而同样备受瞩目。研究表明，在中红外波段内设计表面等离激元传感器的关键问题在于如何有效地调节共振谱的共振波长、峰值吸收率以及半峰宽等主要特征参数。相比于单个微纳颗粒而言，阵列结构由于拥有良好的周期性，从而能够在上述参数的宽光谱调节方面具有独特的优势。基于此，提出一种基于金微纳颗粒组成的阵列结构，利用时域有限差分方法，在4～18 μm波段范围内，通过分别改变该阵列的结构参数，包括颗粒半径、高度、间距及颗粒形状等，系统地研究了该微纳阵列结构在中红外波段对入射光的反射光谱、透射光谱和吸收光谱等特性的影响。研究发现，在8～10 μm光谱内，入射光能够与其所激发的金微纳阵列表面等离激元产生共振效应，表现出明显的共振峰特性。可以通过分别改变上述结构参数来有效调节吸收率谱线共振峰的共振波长、峰值吸收率和半峰宽等主要特征参数。研究结果对中红外光谱内基于金微纳阵列结构传感器的科学研究和实际设计具有独特的理论应用价值。     

平面复合金属微纳结构的圆二色性研究

圆二色性效应在圆偏振器、光调制器及光电器件等方面具有广泛的应用.为提高平面金属微纳结构的圆二色性,本文设计了由无限长纳米线和G形微纳结构组成的平面复合金属微纳结构,并应用有限元方法研究了该阵列微纳结构的圆二色性特性.数值计算结果显示,在圆偏振光的激发下,G形微纳结构和平面复合金属微纳结构均出现了电偶极子、电四极子和电八极子等共振模式.当G形微纳结构与无限长纳米线连接时,各共振波长均发生红移,并且无限长纳米线增加了不同圆偏振光激发下的局域表面等离激元共振强度,从而使得平面复合微纳结构的圆二色性信号明显增强.此外,还研究了平面复合微纳结构阵列的几何参数对其圆二色性特性的影响.这些结果为提高平面手性微纳结构的圆二色性信号强度提供一定的指导思路和方法.     

人工微纳结构增强长波及甚长波红外探测器

红外探测器具有把物体辐射的光子信息转换为电信号的能力,拓宽了人们观察自然环境与人类活动的边界.当前,长波及甚长波红外探测器已在大气监测、夜间侦查、深空探测等领域有诸多应用.随着各国对高端红外探测器要求的快速提升,传统红外探测器难以兼顾高响应率、高响应速度以及多维探测等性能指标的瓶颈日益凸显.基于微纳光学理论设计的人工微纳结构,可实现其与红外光子的高效耦合,综合调控红外光场的振幅、偏振、相位及波长等自由度.为拓展红外探测器额外的调控自由度,进而在实现高量子效率的同时,兼顾较高的响应速率与优异的偏振或波长选择性,集成红外探测器与人工微纳结构的研究思路近年来被广泛应用.本文讨论了人工微纳结构在长波及甚长波红外探测领域的应用进展,详述了表面等离激元、局域等离激元、谐振腔结构、陷光结构、超透镜、赝表面等离激元、间隙等离激元和声子极化激元等机制的应用现状及各机制固有的优劣势,进而指出了人工微纳结构在长波及甚长波红外探测应用的发展前景与方向.     

同心椭圆柱-纳米管结构的双重Fano共振研究

提出了一种同心椭圆柱-纳米管复合结构,该结构由金纳米管中内嵌椭圆形金柱构成,利用时域有限差分法分析了尺寸参数、周围环境及纳米管内核材料对该结构光学性质的影响.结果表明,调节椭圆柱芯的旋转角度可产生双重偶极-偶极Fano共振,其主要是由椭圆柱芯的纵向或横向偶极共振模式与纳米管的偶极成键和反成键模式杂化形成的超辐射成键模式和亚辐射成键模式之间的相互作用产生的,且共振特性可通过调节复合结构的尺寸参数控制,随椭圆柱长轴或短轴的增大而红移,随纳米管外径的增大或整体尺寸的减小而蓝移,当纳米管内径增大时高频Fano共振随着红移,而低频Fano共振先蓝移再红移,同时其对外界环境的变化不敏感,但对纳米管内核材料变化有着较好的响应.利用等离激元杂化理论对该现象进行了解释.这些结果可为构造其他类型的多波段Fano共振二维或三维纳米结构提供一种新的方式.     

ITO纳米棒结构红外波段消光特性模拟与分析

铟锡氧化物（ITO）作为一种高掺杂的半导体材料,其材料介电常数零点波长位于近红外波段,且其在近红外波段的吸收损耗较小,因此ITO可以成为近红外波段理想的局域表面等离激元共振效应（LSPR）材料。采用时域有限差分法模拟长方体状ITO纳米棒阵列的LSPR效应,通过调整ITO纳米棒的载流子浓度、尺寸、间距以及衬底折射率实现其红外波段LSPR共振峰的有效调节。这对于扩宽ITO纳米结构在红外波段LSPR效应的应用具有重要的研究意义。     

劈裂环-盘二聚体结构的多重Fano共振

利用时域有限差分方法,理论研究了由劈裂环和圆盘构成的金二聚体结构的光学性质,分析了劈裂环的缺口取向和对称性破缺程度对其Fano共振特性的影响.结果表明,当缺口方向平行于二聚体中心连线时,劈裂环的奇数阶和偶数阶模式均能与圆盘的偶极模式作用产生Fano共振,且随着劈裂环的进一步破缺,更多的偶数阶Fano共振能被激发出来;但...     

表面等离激元与磁表面等离激元

金属微纳结构体系中的表面等离激元以及磁表面等离激元因其独特的光学特性吸引了研究者们的极大兴趣,成为当前的热点研究领域之一.文章对表面等离激元尤其是磁表面等离激元的特点、基本现象、新颖效应及其应用研究前景的最新发展进行了介绍.     

非对称银纳米双环表面等离激元光谱特性

贵金属纳米材料在入射光激发下能够产生表面等离激元,即金属表面自由电子产生集体振荡.当其振荡频率与入射光频率相同时,发生表面等离激元共振,形成一种特殊的电磁场模式和光谱特性.利用该电磁场模式和光谱特性,能够调节金属纳米材料的光谱学行为,例如通过改变金属纳米结构的大小、形状以及周围介质介电常数等参数,在微纳尺度上实现光谱学...     

金纳米棒复合体的消光特性

金属纳米颗粒局域表面等离激元共振时能够产生消光和近场增强效应已经成为国内外研究的热点. 应用时域有限差分法对L形纳米棒与普通纳米棒构成的金纳米棒复合体的消光光谱及其近场增强和电流矢量密度分布进行了研究. 计算结果表明, 普通纳米棒和L形纳米棒二聚体的光谱响应与纳米棒间的间距有关, 而金纳米棒复合体的消光光谱可通过调整L形纳米棒与普通纳米棒间的间距、L形纳米棒的臂长度以及普通纳米棒的长度进行调谐. 此外金纳米棒复合体可以分解成L形纳米棒二聚体和普通纳米棒二聚体两个部分, 通过分别改变L形纳米棒的臂长和普通纳米棒的长度, 对比L形纳米棒二聚体和普通纳米棒二聚体间的共振峰位置变化, 可以更直观地了解金纳米棒复合体消光光谱线型的变化. 这些结果可用于指导金纳米棒复合体纳米光子器件的设计, 以满足其在表面增强拉曼散射和生物传感等方面应用.     

金属微纳结构中的热电子

随着光学器件的尺寸减小到纳米量级,金属微纳结构中的热电子越来越引人注目。热电子是指晶格中处于激发态的电子,在涉及光能转化的许多基础研究和应用中发挥着重要的作用。掌握金属微纳结构中热电子的特性有利于相关微纳光学器件的设计。为此,文章从热电子产生和弛豫的具体物理过程出发,对金属微纳结构中的光致直接激发热电子和表面等离激元热电子进行了详尽的讨论。掌握热电子的相关理论只是实现基于热电子的微纳光学器件的第一步,热电子的研究还有很大的发展空间。     

Electromodulated infrared transmission spectra of blue bronze

The infrared transmission of the quasi-one dimensional charge-density-wave (CDW) conductor blue bronze (K_0.3MoO₃) is affected by polarization of the CDW, and therefore by application of a voltage near or above the threshold for CDW depinning. In this paper, we compare the spectra associated with the relative change in transmission taken for different temperatures and oscillating voltages. We find that the phonon spectrum is affected by CDW polarization; the linewidths or frequencies of most phonons change by cm^-1. However, no new intragap states that can be associated with current injection are observed; i.e. the spectra associated with polarization of the CDW in the crystal bulk is identical to that associated with CDW current injection near the contacts. Our results indicate that, for light polarized perpendicular to the conducting chains, the density (n), cross-section , and bandwidth of intragap states are related by: n (?cm^-1)^-1. For expected values of the cross-section and bandwidth, this implies that the intragap states can be optically excited for a time less than s. Received 21 February 2000     

微纳加工技术在微纳电子器件领域的应用

微纳加工技术推动着集成电路不断缩小器件尺寸和提高集成度，光学光刻技术依然是目前的主流微纳加工技术，同时有多种替代技术如电子束直写、极紫外光刻和投影电子束技术，文章介绍了自上而下的微纳加工技术的进展及其在微纳器件研制的重要作用。     

Far infrared transmission spectra of ferroelectric guanidine aluminium sulfate hexahydrate

Far IR transmission spectra of ferroelectric GASH are obtained at 300 K-80 K and 4 K for crystal plates cut perpendicular to C₃ with increasing thicknesses.Beer's law is well observed from t=20 m to t=55 m, which shows that such samples are homogeneous. For t=700 m the computed absorption is higher than observed, and a surface layer model is proposed where the bulk is more transparent than the surface.Similar effects have been observed in TGS where even for t=8 mm thick samples, the transmission of the lowest frequency band does not go to zero. A similar experiment is planned for GASH before making any definite conclusion on the evidence of surface layers in GASH.     

微纳加工技术在微纳电子器件领域的应用

微纳加工技术推动着集成电路不断缩小器件尺寸和提高集成度,光学光刻技术依然是目前的主流微纳加工技术,同时有多种替代技术如电子束直写、极紫外光刻和投影电子束技术,文章介绍了自上而下的微纳加工技术的进展及其在微纳器件研制的重要作用.     

Enhanced infrared ATR spectra of surface layers using metal films

Infrared ATR spectra of solid samples were measured with a thin metal (Ag, Ni, Pd or Pt) film, which was placed between a KRS-5 hemicylinder and the sample. Polymer films which made good optical contact with the KRS-5 or the metal film were used as samples. Enhanced spectra were obtained with the metal films, compared with the ordinary ATR spectra of the same samples. The enhancement factor was especially large for the bands ascribed to the vibrations of the surface layer or surface species. The observed spectra with the Ni film were stronger than those with the Ag film. The dependences of the intensity on the thickness of the metal film, on the angle of incidence and on the polarization of light were studied. The mechanism of the enhancement and the application of the technique to studies of surface species are discussed.     

Superhydrophobic surfaces via controlling the morphology of ZnO micro/nano complex structure

ZnO micro/nano complex structure films, including reticulate papillary nodes, petal-like and flake-hole, have been self-assembled by a hydrothermal technique at different temperatures without metal catalysts. The wettability of the above film surfaces was modified with a simple coating of heptadecafluorodecyltrimethoxy-silane in toluene. After modifying, the surface of ZnO film grown at 50~${^\circ}$C was converted from superhydrophilic with a water contact angle lower than 5$^{\circ}$ to superhydrophobic with a water contact angle of 165$^{\circ}$. Additionally, the surface of reticulate papillary nodes ZnO film grown at 100~${^\circ}$C had excellent superhydrophobicity, with a water contact angle of 173$^{\circ}$ and a sliding angle lower than 2$^{\circ}$. Furthermore, the water contact angle on the surface of petal-like and flake-hole ZnO films grown at 150~${^\circ}$C and 200~${^\circ}$C were found to be 140$^{\circ}$ and 120$^{\circ}$, respectively. The wettability for the samples was found to depend strongly on the surface morphology which results from the growth temperature.     

微纳米尺度红外光热膨胀效应及新型光热驱动方法研究

介绍了一种新型的基于非对称结构的光热微型驱动器.驱动器由两个宽细不同的薄悬臂组成.当红外激光照射在悬臂上时,宽窄悬臂的比表面积不同,导致其温度升高和伸长量不同,从而使驱动器产生偏转.建立了驱动器的热力学模型,并给出了偏转量的计算公式.使用准分子激光加工系统制作了一个长750μm的微驱动器样机,红外激光(998nm)作为驱动源,利用自制的控制监控系统进行了可行性试验,观察并测量了驱动器偏转量与红外激光功率的关系.结果表明,本驱动器在16mW的红外激光的驱动下,即可产生258μm的偏转量.利用光热膨胀的方法 关键词： 光热膨胀 非对称结构 微驱动器 红外激光     

The metal-surface selection rule for infrared spectra of molecules adsorbed on small metal particles

The metal-surface selection rule predicts that some infrared absorption bands should be absent from the spectra of molecules adsorbed on metal particles. It predicts that those bands corresponding to molecular vibrations with an oscillating dipole moment parallel to the surface should be suppressed. We calculate that this selection rule should apply to adsorption on metal particles larger than about 20 Å in diameter; for smaller particles the rule is weakened.