测量金属膜粗糙度的表面等离子激元光谱方法

介绍了确定金属膜表面粗糙度的表面等离子激元光谱方法。测量了二种银膜在表面等离子激元激发条件下的光散射强度分布。通过与理论计算的拟合，得到了描写这二种银膜／空气同粗糙界面的特征参数。     

热核表面能的Thomas－Fermi统计模型理论

用Ｓｅｙｌｅｒ－Ｂｌａｎｃｈａｒｄ动量相关非定域相互作用的含温Ｔｈｏｍａｓ－Ｆｅｒｍｉ统计理论，对半无穷大核物质模型计算了核物质表面能系数σ（Ｔ，δ）随温度Ｔ和不对称度δ的变化，发现在低温Ｔ≤５ＭｅＶ和不对称度δ≤０．２时，可以近似写成σ（Ｔ，δ）＝σ０（Ｔ）［１＋Ｋ（Ｔ）δ２］，其中σ０（Ｔ）和Ｋ（Ｔ）可以拟合成温度Ｔ的二次函数．     

银表面光学二次谐波参数的研究

本文测量了几种玻璃-银膜界面反射二次谐波随入射光偏振角的变化,测量了超高真空中多晶银基底上冷凝银膜表面退火前后的反射二次谐波,以及超高真空中纯度为99.99%多晶银表面的反射二次谐波,计算了垂直和平行表面谐波电流参数a、b,得到对棱镜-银界面b=-0.97;α=2.1,多晶银表面α=-9,冷凝银膜退火前后α分别为7和-5.结果表明.α对表面状况极为敏感.     

银薄膜对光学基底表面粗糙度及光散射的影响

为了研究金属银薄膜与光学基底表面粗糙度和光散射的关系,提出了通过对光学薄膜矢量散射公式积分来获得界面粗糙度完全相关模型和完全非相关模型下其表面的总反射散射的方法.理论计算了光学基底上两种模型在不同厚度银膜下的总反射散射和双向反射分布函数.结果表明,当沉积在光学基底上的银薄膜的厚度大于80 nm后,两种模型下计算的银薄膜的表面总反射散射都等于基底的总积分散射,银薄膜能较好地复现出基底的粗糙度轮廓.实验研究表明为了复现基底的粗糙度,银薄膜的最佳厚度应在80~160 nm之间.     

银薄膜对光学基底表面粗糙度及光散射的影响

为了研究金属银薄膜与光学基底表面粗糙度和光散射的关系,提出了通过对光学薄膜矢量散射公式积分来获得界面粗糙度完全相关模型和完全非相关模型下其表面的总反射散射的方法．理论计算了光学基底上两种模型在不同厚度银膜下的总反射散射和双向反射分布函数．结果表明,当沉积在光学基底上的银薄膜的厚度大于80nm后．两种模型下计算的银薄膜的表面总反射散射都等于基底的总积分散射,银薄膜能较好地复现出基底的粗糙度轮廓．实验研究表明为了复现基底的粗糙度,银薄膜的最佳厚度应在80～160nm之间．     

基于双电介质层的棱镜表面等离子共振传感的研究

为了提高表面等离子共振系统的分辨率,提出了一种五层结构的表面等离子共振效应的激励模型:棱镜基底-银膜-电介质层1-电介质层2-待测介质.采用薄膜光学和波导理论,讨论了银和双电介质层复合而成的共振薄膜对表面等离子共振效应的激励机理与调制特性的作用.借助有限元分析方法,数值模拟得到双电介质表面等离子共振激励模型的共振光谱.分析结果表明,当待测介质折射率相同时,双电介质表面等离子共振激励模型共振光谱的半峰宽约为传统棱镜表面等离子体共振的0.1倍,理论计算得到双电介质表面等离子共振激励模型的系统分辨率相较于传统棱镜表面提高了5.4倍.以乙二醇溶液为待测样本,分析得到传感器的灵敏度约为7.2°/RIU,品质因数约为465,证明了该结构设计的可行性,为设计高分辨率和高品质因数的传感系统提供了理论参考.     

热核表面能的Thomas–Fermi统计模型理论

用Seyler-Blanchard动量相关非定域相互作用的含温Thomas-Fermi统计理论,对半无穷大核物质模型计算了核物质表面能系数σ(T,δ)随温度T和不对称度δ的变化,发现在低温T≤5MeV和不对称度δ≤0.2时,可以近似写成σ(T,δ)=σ₀(T)[1+K(T)δ²],其中σ₀(T)和K(T)可以拟合成温度T的二次函数.     

不同衬底银膜表面等离子激元波的辐射效率

不同衬底银膜表面等离子激元波的辐射效率邓里文王恭明（复旦大学物理系上海２００４３３）ＥｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆＥｍｉｓｉｏｎｆｒｏｍＳｕｒｆａｃｅＰｌａｓｍｏｎＷａｖｅｓｆｏｒＤｉｆｅｒｅｎｔＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆＡｇＦｉｌｍｓＤｅｎｇＬｉｗｅｎ，Ｗａ...     

样品表面银膜的粗糙度对钛酸钡微球成像性能的影响

研究了样品表面镀有不同表面粗糙度的银膜对钛酸钡（BaTiO₃ glass,BTG）微球成像效果的影响,发现当银膜表面的粗糙度（RMS）从3.23 nm增大到6.80 nm时,用直径为15 μm的BTG微球观察直径为250和580 nm的微球阵列,样品的成像范围增大.另外,BTG微球还可以清晰分辨原本不可分辨的直径为200 nm的微球阵列.结果表明,粗糙银膜引起的散射作用和表面等离激元波的局域场增强效应,使得更多物体的高频信息耦合进微球,提高了微球成像的分辨率和成像范围.     

用激光散斑相关方法实时测量表面粗糙度

本文提出一种实时测量表面粗糙度的结构简单、光路调节方便的实验系统。用双棱镜产生的两束不同方向的平面波同时照射粗糙表面,从散射光场的相关度得到表面粗糙度。结果表明,选择较小的棱镜角和入射角,可使粗糙度的测量范围达1μm～40μm;实验结果与泰勒雪夫-5型粗糙度检查仪的测试值符合得较好。     

Directional surface plasmon scattering from silver films

We discuss the bright hollow cone of scattered light from a silver film due to surface plasmon excitation. The power per solid angle scattered into the cone on the prism side of the metal film is an order of magnitude greater than that scattered on the air side. By photographing the cone, we obtain the spatial surface roughness spectrum of the metal film. Results of these experiments are compared to linear scattering theory.     

基于银/二氧化钛复合膜的表面等离子共振气体传感器

表面等离子体共振是一种免标记的传感技术,当介质周围的介电常数发生改变时,则SPR谐振光谱特性也会随之改变.因此表面等离子体共振传感技术已广泛应用于生物化学和环境监测等领域.由于二氧化钛(TiO2)覆盖层不仅可以保护金属层,还能调谐SPR谐振的光谱强度和谐振波长于近红外波段,应用于1550 nm的光纤传感,其氧化还原反应...     

表面等离子体-微腔激元对顶入射有机薄膜太阳能电池光吸收效率的增强

为了提高顶入射有机薄膜太阳能电池(TOSCs)的光吸收效率,我们将周期性矩形光栅结构引入到TOSCs中,分析了具有光栅结构的空气/Ag_1/有源层/Ag_2/空气(IMIMI)结构理想模型中复合表面等离子激元(SPPs)与微腔模式的耦合机制。通过调节光栅周期和有源层厚度,实现了复合SPPs、微腔模式以及有机材料本征吸收3个区域的重合。由于复合SPPs与微腔模式的反交叉耦合作用形成了表面等离子体-微腔激元,其局域场增强作用有效地提高了有源层的光吸收效率,提高了近19%。     

以表面等离子体为媒介的ZnO薄膜发光增强特性研究

采用两步法制备Si基Ag/ZnO双层结构薄膜,研究了Ag覆盖层的厚度和生长温度T对ZnO近带边发光强度的影响.对于厚度为100 nm的ZnO薄膜,发现Ag覆盖层的最佳厚度仅为8 nm,此时双层薄膜相对于单层ZnO薄膜的发光增强因子η达到最大值8.1;同时还发现,在最佳Ag层厚度下,生长温度T≥300 ℃时生长Ag所获Ag/ZnO双层薄膜的ZnO发光强度比生长温度T≤200 ℃时生长的双层薄膜样品大一倍以上,η ≈ 18.结合对双层薄膜表 关键词： 表面等离子体共振 复合薄膜     

Enhancement of the IR absorption of a thin film on gold in the Otto ATR configuration

The enhancement infrared absorption of a thin KSCN film formed on a smooth gold surface has been observed in the Otto ATR prism configuration. The absorption intensity reaches the maximum at an incident angle slightly lower than the critical angle for total internal reflection at the prism/air interface, and the intensity attains to large values at sizable prism-metal distances. These facts clearly indicate that the enhancement does not arise from the excitation of a surface plasmon polariton. Theoretical calculations of the electromagnetic field strength in the prism-metal gap show that the enhancement comes from the optical cavity effect.     

SURFACE PLASMON OF Ag CLUSTERS ON ALUMINA FILMS

The deposition of silver on an ordered alumina film prepared on Re(0001) surface has been studied by Auger electron spectroscopy (AES), low energy electron diffraction (LEED) and high resolution electron energy loss spectroscopy (HREELS). The results show that Ag grows initially as clusters at 90K and 300K. A red shift of the Ag surface plasmon as a function of decreasing coverage is observed, which is related to the cluster size effect. A surface plasmon characteristic of metallic Ag appears at coverages higher than 2.8 monolayer equivalent.     

Improved SPR technique for determination of the thickness and optical constants of thin metal films

A novel method with single-wavelength light is developed to determine the optical constants and the thickness of a thin metal film. It bases on a new geometry that consists of a coupling prism, a transparent coating layer directly deposited onto the prism base, a thin metal film to be detected, and the air. The attenuated total reflection technique is employed in our configuration to excite two different kinds of surface plasmon waves simultaneously. As a result, the reflection curve shows two obvious surface plasmon resonant dips. Using the Chen's et al. (Opt. Soc. Am. 71 189, 1981) method, we can obtain two sets of () and thickness of the thin metal film through one resonant dip (surface plasmon), then the real value can be determined through the other resonant dip (modified long-range surface plasmon). Compared to conventional double wavelength method and the double-medium technique (Yang et al. Appl. Opt. 27 11, 1988), the present single-scan method avoids both the ambiguity of different conditions caused by two-scan technique, and the dispersion problem with different light wavelength.     

Photoluminescence from single silicon quantum dots excited via surface plasmon polaritons

Single dot spectroscopy of Si quantum dots (QDs) was performed by using surface plasmon polariton (SPP)-mediated excitation in the attenuated total reflection geometry with a MgF₂/Ag film on the base of a prism. Thanks to the 16 times enhancement of the incident electric field and very small background signal, PL from single Si QDs was observed clearly. This proves the usefulness of the technique for the detection of inherently weak emission of Si QDs.