表面等离子激元波的光学二次谐波效应及应用 Ⅱ.表面吸附分子的非线性效应的研究

在表面等离子激元波(SPW)激发条件下,研究了吸附L-B单分子膜层的银表面反射二次谐波(SHG)的增强效应,理论分析与实验结果一致,并估算出吸附的单个花生酸分子的非线性系数为0.32E-29esu。     

等离激元二次谐波的发展与应用

人们借助等离激元结构,可以在亚波长范围内获得、操控局域放大的光场。它与非线性光学结合,衍生出非线性等离激元。等离激元二次谐波因其卓越特性,近年在理论和应用方面均有较大突破。基于流体动力学模型介绍了等离激元结构二次谐波理论,总结了其发展与应用的报道,包括等离激元共振增强二次谐波效率、基于磁场洛伦兹力的二次谐波效应、对二次谐波辐射方向和频率的调控,以及等离激元二次谐波在结构检测、传感、成像等领域的应用。最后,对等离激元二次谐波研究领域可能的发展方向进行了展望。     

局域表面等离激元诱导的三次谐波增强效应

本文研究了二维金三角形纳米颗粒阵列的三次谐波非线性光学效应. 金三 角纳米颗粒阵列是基于微球刻印技术制成. 采用反射式光学系统, 观察到该纳米结构在光谱分辨的飞秒激光照射下产生明显的三次谐波. 研究表明, 当激光抽运频率接近金纳米颗粒的局域表面等离激元共振位置时, 三次谐波信号得到增强; 三次谐波辐射方向满足动量匹配条件. 关键词： 微球刻印 三次谐波产生 表面等离激元     

周期条状结构中长程表面等离子激元噪声特性分析(英文)

基于表面等离子激元自发辐射放大噪声系数理论,研究了长程表面等离子激元噪声系数变化规律,设计了嵌有金属条的长程表面等离子结构.数值模拟得到表面等离子及周期条状长程表面等离子的噪声系数变化规律.给出入射波长从0.5μm到1.75μm,每隔0.25μm的噪声特性,发现随着波长的增加噪声系数趋近于常数.仿真结果表明:表面等离子及长程表面等离子自发辐射放大的噪声系数随着增益介质增大而明显增强;周期条状长程表面等离子结构中,随着金属膜厚度以及金属条高度及个数增加导致噪声系数增加,其中金属膜厚度对于其作用较明显.     

关于媒质层厚度对表面二次谐波的影响

本文探讨了表面二次谐波的增强效应与活性媒质层厚度之间的关联,用实验方法证实了最大的增强效应对应于表面等离子振荡极化激元(Surface Plasmon Polariton)在最佳媒质层厚度条件下的激发,从而与所产生的较高表面场强有关.     

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。     

银膜及其表面吸附吡啶分子的二次谐波产生

利用调QYAG激光器的1.06μm激光在银膜表面获得非表面等离子体激元增强效应的二次谐波产生。研究了银膜表面由于吸附吡啶分子而引起的表面二次谐波信号变化。应用表面二次谐波产生的方法首次验证了在常温常压下一定厚度的银膜对吡啶分子仍具有一定的吸附能力。     

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...     

周期排列的电介质小球所诱发的金属-电介质表面上的表面等离子激元的光学性质

研究了金属板的上下表面附近各放置一层按周期排列的电介质小球的体系的光学性质.用多重散射法计算的结果显示金属上侧的周期性排列的电介质小球可诱发金属-电介质表面上的表面等离子激元.这些表面等离子激元的存在可通过非常尖锐的吸收峰反映出来.对于无限厚的金属板，这些吸收峰的峰值位置主要与电介质小球的周期有关，且与解析理论符合得相当好.在有限厚度的金属板中，金属板的两侧表面会产生对称和反对称的两种表面等离子激元，从而使原来在无限厚的金属表面上所出现的单一频率的表面等离子激元劈裂为双频率.由于对称和反对称的表面等离子激元模式在金属板的两侧表面均有相当强的电磁场，因而它们可导致强的电磁波穿透.通过在金属板的下侧加入玻璃球层可将表面等离子激元的电磁场引导出金属，并产生透射波.用多重散射法计算的结果证实，在此体系中由表面等离子激元所引起的透射可达到相当的强度. 对该体系中的物理机理进行了详细分析，从而能够通过调节该体系中的一些参数来控制表面等离子激元出现的频率，使强吸收峰或强透射峰出现在所希望的频率上. 关键词： 表面等离子激元 吸收谱 透射     

二维电子气等离激元太赫兹波器件

固态等离激元太赫兹波器件正成为微波毫米波电子器件技术和半导体激光器技术向太赫兹波段发展和融合的重要方向之一。本综述介绍AlGaN/GaN异质结高浓度和高迁移率二维电子气中的等离激元调控、激发及其在太赫兹波探测器、调制器和光源中应用的近期研究进展。通过光栅和太赫兹天线实现自由空间太赫兹波与二维电子气等离激元的耦合,通过太赫兹法布里-珀罗谐振腔进一步调制太赫兹波模式,增强太赫兹波与等离激元的耦合强度。在光栅-谐振腔耦合的二维电子气中验证了场效应栅控的等离激元色散关系,实现了等离激元模式与太赫兹波腔模强耦合产生的等离极化激元模式,演示了太赫兹波的调制和发射。在太赫兹天线耦合二维电子气中实现了等离激元共振与非共振的太赫兹波探测,建立了太赫兹场效应混频探测的物理模型,指导了室温高灵敏度自混频探测器的设计与优化。研究表明,基于非共振等离激元激发可发展形成室温高速高灵敏度的太赫兹探测器及其焦平面阵列技术。然而,固态等离激元的高损耗特性仍是制约基于等离激元共振的高效太赫兹光源和调制器的主要瓶颈。未来的研究重点将围绕高品质因子等离激元谐振腔的构筑,包括固态等离激元物理、等离激元谐振腔边界的调控、新型室温高迁移率二维电子材料的运用和高品质太赫兹谐振腔与等离激元器件的集成等。     

表面等离子激元非线性表面增强拉曼散射效应

本文采用热蒸发法制备得到纳米Ag颗粒作为增强拉曼衬底, 利用入射光子与纳米颗粒表面价电子的相互作用机理, 激发出高能表面等离子激元, 其表面等离子形成的高能"热点"起到表面增强拉曼散射效果. 通过比较不同入射光强下的拉曼峰强, 指出纳米Ag颗粒的增强拉曼散射效果可以实现低探测光强下的高散射强度, 即纳米Ag颗粒的表面等离子激元具有非线性的表面增强拉曼散射效果, 可降低对样品的光、热损伤, 以利于拓展拉曼散射光谱的应用范围. 同时比较不同纳米Ag颗粒衬底的表面增强拉曼散射效果表明, 采用的热蒸发工艺具有较大的工艺域度, 具有较强的工艺兼容性.     

不同预淀积层银膜表面等离子激元波的辐射效率

测量了棱镜／ＬＢ膜／银膜／空气，棱镜／银膜／空气，棱镜／银膜／空气三种结构在衰减全反射条件下激发的表面等离子激元波由于银膜－空气界面粗糙度而散射以空气中的辐射效率，同时，由散射光强分布计算出表面度粗糙度参数随横向相关长度σ和表面波纹深度δ，再由σ和δ计算出理论辐射效率，理论与实验结果相符合。     

带状波导表面等离子激元的透射特性(英文)

为了深入探讨带状波导的表面等离子激元透射特性,采用衍射光栅耦合方式实现表面等离子激元激发,通过改变金属薄膜厚度和入射光角度,得到薄膜厚度、入射光角度与透射率的变化特性.结果表明:金属薄膜厚度的减少会导致透射带宽迅速降低,同时透射率也随之降低;而入射光角度的改变导致透射光效率的变化.这一研究对于半导体设备的纳米等离子激元耦合具有一定的意义.     

基于金属表面等离子激元控制光束的新进展

表面等离子激元(Surface plasmon polaritons,SPPs)是一种在金属-介质界面上激发并耦合电荷密度起伏的电磁振荡,具有近场增强、表面受限、短波长等特性,在纳米光子学的研究中扮演着重要角色。近年来表面等离子光学和基于SPPs的纳米光子器件的研究引起了国际上科学家们的广泛关注。讨论了SPPs的基本原理和在亚波长结构下的光学特性,介绍了基于亚波长金属结构的表面等离子激元在空间光束准直与聚焦、平面内光束聚焦与传导和在近场纳米光束的控制等方面的研究情况,以及在纳米光子学器件中的潜在应用。     

太赫兹表面极化激元

作为束缚于表面或界面的电磁波与极性元激发的耦合模量子,表面极化激元是克服衍射极限的核心物理.在紫外、可见以及近红外波段,表面等离子极化激元展现出了亚波长特性,具有高分辨成像等应用,并发展成为"表面等离子极化激元亚波长光学"学科;在中红外波段,表面声子极化激元发挥着同样的作用.太赫兹波段曾是人类认识的空白区域,近三十年来得以高速发展,其战略意义重大.具有克服衍射极限能力的太赫兹表面极化激元同样是小型化与集成化太赫兹器件,以及太赫兹超高分辨成像的重要物理基础.近几年来,对以石墨烯为代表的二维材料的研究突飞猛进,诞生了"石墨烯表面等离子极化激元亚波长光学"这门学科,并贡献于太赫兹领域.本文对可在太赫兹波段工作的人工超构材料、掺杂半导体、二维电子气、二维材料、拓扑绝缘体等结构材料的表面极化激元进行了较为全面的总结与介绍,为研制克服衍射极限的太赫兹集成光子学器件提供可资借鉴的物理基础.     

采用表面等离子激元波技术测定LB膜的光学参数

利用表面等离子激元波技术来测定极薄膜层的光学参量是相当灵敏的,但拟合计算结果往往会得到两组不确定的解。本文报道一种采用Otto耦合结构、通过测量相对于空气隙厚度变化取最小的反射率来唯一确定介质膜层复介电常数和厚度的方法。文章最后给出3对具有不同分子层数的Langmuir-Blodgett膜的测试结果。     

在非线性光学薄膜内以长程表面电磁激元波为泵波实现简并四波混频的理论研究

本文提出一种以长程表面电磁激元波作为泵波,在非线性介质膜中实现简并四波混频的新方案。我们借助于将介质膜内曲折光线在一个方向上展开,获得系统的一维耦合方程,并得到了方程的解及共轭波转换效率的表达式。估计应用这种方案,采用波长合适、功率为1W量级的连续激光可有效地研究一些有机薄膜的三次非线性光学性质。     

在非线性光学薄膜内以长程表面电磁激元波为泵波实现简并四波混频的理论研究

本文提出一种以长程表面电磁激元波作为泵波,在非线性介质膜中实现简并四波混频的新方案。我们借助于将介质膜内曲折光线在一个方向上展开,获得系统的一维耦合方程,并得到了方程的解及共轭波转换效率的表达式。估计应用这种方案,采用波长合适、功率为1W量级的连续激光可有效地研究一些有机薄膜的三次非线性光学性质。     

双介质加载石墨烯表面等离子激元波导的理论分析

在介质加载石墨烯等离子激元波导的基础上设计了一种由两个高折射率介质条形成的双介质加载石墨烯表面等离子激元波导(DDLGSPPW)。采用有效折射率法和有限元法研究在DDLGSPPW中石墨烯表面等离子激元(GSPP)模的有效折射率随入射波长、介质条2的宽度、高度以及介电常数的变化规律。结果表明,通过改变DDLGSPPW的介质条2的参数来改变GSPP模的有效折射率和模式数目,并调节GSPP模在两个介质条中场分布情况,表现出的性质和四层介质平板波导的性质很相似。DDLGSPPW的这种性质使其有望在集成光学器件中产生新的应用价值。     

超声Lamb波二次谐波发生效率分析与模式选择

在导波模式展开分析方法的基础上,提出激发效率参量来定量表征超声Lamb波积累二次谐波的发生效率。以P92钢板为例,理论计算得到了与频散曲线对应的理论激发效率参量分布图谱,从图谱中选择理论激发效率参量大小不同的两种基频Lamb波模式:纵波型S1模式和交点型A2/S2模式,分别测量这两种基频Lamb波模式在钢板中传播时产生的二次谐波信号。理论计算和实验测量结果表明,这两种基频Lamb波模式的理论和实验激发效率参量的比值基本一致,且激发效率参量较大的纵波型S1模式能激发出效率更高的二次谐波信号。研究结果表明激发效率参量可以有效的用于Lamb波二次谐波发生效率的表征及模式选择。