基于等离激元涡旋场光学诱捕增强设计

利用同轴结构实现纳米粒子光学捕获,研究不同偏振光对光势阱的影响,并通过优化结构参数实现圆偏振下的等离激元涡旋场模式。研究结果表明：该同轴结构在线偏振光750 nm处透射率最大,并且在入射光强为1μW/μm²时势阱深度达到17k_BT;圆偏振光在同轴结构上方形成涡旋场,能量流势阱深度为8k_BT。所设计的同轴结构扩大了光场作用范围,优化了光梯度力作用方向,提高了捕获低浓度小尺度粒子的效率。该研究结果对于低浓度生物分子光学捕获具有一定的参考意义。     

硅基纳米光镊结构的热分析和捕获特性

针对金属纳米光镊结构进行捕获时存在的光热效应问题,设计了一种硅基双纳米球的光镊结构。采用基于三维频域有限元的算法,对比分析了硅基双纳米球与金基双纳米球结构的增强场分布以及在对聚苯乙烯颗粒捕获势能相同条件下的热效应,发现硅基结构具有发热小、在高光场强度下捕获稳定性好的优点。对所设计的硅基双纳米球结构对聚苯乙烯颗粒的捕获特性进行模拟分析,在稳态场下研究了不同直径颗粒在不同位置受到的捕获力情况。研究结果表明,硅基纳米光镊结构在对微粒进行稳定捕获的同时可有效降低结构热效应带来的影响。     

金纳米棒的单光束光操纵及其散射谱的测量

利用波长为800nm的单光束飞秒激光对水溶液中的金纳米棒颗粒进行了稳定地二维光捕获.通过测量金纳米棒的散射谱研究了光阱中金纳米棒之间的耦合相互作用.比较光阱中只有单个金纳米棒被捕获和两个金纳米棒同时被捕获时的散射谱.结果表明,当两个金纳米棒同时被光阱捕获时,金纳米棒之间相互排斥,存在一定的间隔,该间隔使得两个金纳米棒之间没有发生表面等离子耦合相互作用.该实验结果为金纳米棒的光操纵及其在生物分子探测等领域的研究提供技术指导及实验参考.     

不同形貌金纳米粒子的制备及其表面增强拉曼散射效应的研究

不同形状的金纳米粒子在表面增强拉曼散射(surface enhanced Raman scattering,SERS)中有不同的增强效果,多面体金纳米粒子具有多角结构,显示出比金纳米板更为明显的增强效果,近年来对其合成和性质的研究备受关注。该研究探究了十二面体,二十面体,三角板,球形四种形状的金纳米粒子在SERS中不同的增强效果。分别采用硼氢化钠还原法和以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为还原剂制备金三角纳米片和二十面体金纳米粒子,又以二十面体金纳米粒子为种子制备出十二面体金纳米粒子,并分别以以上三种不同形貌的金纳米粒子及球形金溶胶为基底,4-巯基吡啶,对巯基苯甲酸为探针分子检测了其在不同激发波长下的增强效果。透射电子显微镜结果表明金三角纳米板的平均边长为130nm,二十面体和十二面体金纳米粒子的粒径分别为100和120nm。三者的紫外可见吸收峰分别在589,598和544nm处。表面增强拉曼散射结果表明金多面体比金三角纳米板表现出更好的增强效果。     

近场光镊技术研究新进展

光镊技术,又称光学捕获技术,它是利用光的辐射压力来捕获和操纵包括电介质颗粒、生物细胞及生物大分子在内的微小粒子的。近场光镊技术利用近场光学倏逝场随距离急剧衰减的特征,可显著地降低捕获粒子的尺寸,实现纳米捕获。追踪了近场光镊技术的最新进展,包括全内反射相干倏逝场、近场光学镀膜光纤探针尖、激光照明金属探针尖和聚焦倏逝场用于近场光学捕获,并对其进行了比较,分析了它们存在的主要问题和未来发展方向。     

种子法制备三角形银纳米粒子及其性能表征

 以十六烷基三甲基溴化胺(CTAB)为软模板剂，采用种子法制备出三角形银纳米粒子，应用透射电镜、能量散射X射线谱仪、紫外 可见分光光度计研究了粒子的性能。结果表明：所得三角形银纳米粒子是面心立方单晶，边长随着种子加入量的减少而递增，可在20～100 nm范围内调节；CTAB以薄膜形式包覆于粒子表面阻止其氧化，粒子胶体的吸收光谱呈现典型的三角形粒子吸收峰。用扫描电镜观测到粒子在硅片上自组装成一定的2维阵列结构。     

两个真空光悬浮纳米粒子间的光诱导偶极相互作用

光悬浮微纳米粒子系统是研究多体物理的重要平台,但是以往相关研究大多集中在液体环境中。真空光悬浮由于其显著的优势,近年来受到了广泛关注。本文利用两个紧聚焦光场单独捕获两个纳米粒子,在真空环境下,实验研究了粒子间由于散射光诱导的偶极相互作用。在不同捕获光偏振条件下,通过调控两个粒子质心运动（或扭摆运动）在频率简并附近的相对频率,测量了光诱导偶极相互作用强度。实验表明,粒子间光诱导偶极散射对扭摆运动影响很小,未观察到粒子间扭摆运动的相互作用;而质心运动在两束捕获光偏振都垂直于粒子间连线时,产生较强耦合,在两粒子间距为2.91μm时,得到沿捕获光传播方向质心运动在简并点处的耦合强度为1.6 kHz。     

银纳米三角片二聚体的近场辐射分析

本文使用FDTD法对典型尺寸的银纳米三角片二聚体在不同偏振光源及不同聚集结构下的近场辐射特性进行了模拟计算,结果发现:不同光源偏振方向和粒子聚集结构能够显著影响银纳米三角片的辐射特性和场增强效应的空间分布。偏振方向垂直于边长时,三种聚集结构的场增强系数最大值均大于偏振方向平行于边长时的情况,并且在点对点结构下,两粒子的中间位置处具有最强的场增强效应。     

圆偏振涡旋光致非轴向自旋和轨道运动研究

为了实现粒子的非轴向旋转操控,对圆偏振涡旋光的光致旋转特性进行了研究。理论上,利用T矩阵理论,计算光场作用于微粒的光力和力矩,分析圆偏振涡旋光场中自旋角动量和轨道角动量的取向对非轴向旋转效应的影响。研究结果表明：当轨道角动量和自旋角动量的方向相同时,粒子除受轨道矩和轴向自旋矩作用外,还受一个可观的横向自旋矩作用,可以诱导粒子同时做轨道和非轴向自旋运动;当轨道角动量和自旋角动量方向相反,则粒子受到的横向自旋矩难以驱动其做非轴向自旋运动。实验上,利用全息光镊系统捕获微米尺度的粒子,观察到粒子做轨道运动时的非轴向自旋现象,对理论研究结果进行了初步验证。     

对纳米粒子的调控

光镊子 (一组聚焦的光束 )擅长于捕获和移动毫米大小的粒子 ,但纳米量级的粒子常常可以从它的支配下滑脱 .目前东京大学的Takuyalida和HajimeIshihara两位教授提出了一个新的理论 ,他们认为让激光束的频率与半导体纳米粒子的内部能级差发生共振 ,那么光镊子就能提高一百万倍的捕获能力 ,同时光镊子还可对纳米材料中粒子的大小与形状进行分类 .众所周知 ,对微小物体的大小与形状作出分类是一件极其重要的工作 .例如DNA分子链断裂碎片的大小可以决定基因序列生长的速度 ,又如在材料科学中能对粒子的取向进行选择的话 ,就有可能对许多物质的…     

基于有限元仿真的硅基纳米光镊结构的设计

针对金属表面等离激元光镊热损耗问题,设计了一种硅基双纳米柱加纳米环的光镊结构.通过有限元仿真在1 064nm入射光场下计算了三种不同硅基纳米结构(硅基纳米球、纳米柱、纳米环)的场增强效果.利用硅基纳米结构光学共振机理,设计了一种电场增强倍数达到7.39倍的硅基双纳米柱光镊结构.在此基础上,增加纳米环使光镊结构的环中心与双纳米柱间隙产生光学共振耦合现象,得到的电场增强倍数高达11.9倍,形成了稳定的光学势阱.最后采用麦克斯韦应力张量法对硅基光镊中不同直径的聚苯乙烯小球进行了捕获分析,并在x、y、z方向上计算分析了直径为25nm的聚苯乙烯小球在不同位置的捕获力、捕获势能以及捕获刚度.设计的硅基纳米双圆柱加纳米环的光镊结构能够对聚苯乙烯小球起到良好的捕获效果.     

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。     

金属复合纳米粒子的局域表面等离子体特性研究

提出了一种在银层上面覆盖一层金的四棱台复合纳米结构。采用离散偶极子近似(DDA)方法,针对光激发复合金属纳米粒子的局域表面等离子体共振(LSPR)进行研究,讨论了四棱台纳米粒子金银复合结构在不同尺寸、不同混合比等条件下的消光特性及折射率灵敏度。计算结果显示,在银层厚度为50 nm的四棱台纳米粒子上覆盖金层,其折射率灵敏度不变。同时,四棱台银纳米粒子厚度的增加会使其消光峰值波长蓝移。金材料比例的增加会使金银复合纳米结构的消光峰值波长红移。当金银复合结构的纳米粒子的厚度大于自由电子的平均自由程时,其局域表面等离子体激发强度不发生变化。     

零电磁材料聚焦器

基于二维LC网络,设计了一种零电磁材料聚焦器,导出了该器件等效节点电压分布矩阵,研究了聚焦区域为三角形、四边形、六边形、八边形的电磁聚焦器,并在此基础上仿真了形状和尺寸对其聚焦特性的影响。结果表明:当聚焦区域小于两倍波长时,该器件的特性与聚焦区域的形状无关; 当聚焦区域逐渐增大时,焦点的能量也随之增强; 当聚焦区域大于两倍波长时,主焦点逐渐消失,同时将产生多个副焦点。     

飞秒激光所致金纳米粒子析出的玻璃非线性吸收

依据Z-scan技术,使用波长532nm的纳秒脉冲,研究了通过聚焦的飞秒脉冲诱导并辅以热处理得到的金纳米粒子析出的玻璃的非线性吸收.观察到金纳米粒子析出的玻璃具有饱和吸收特性.根据局域场效应,对实验结果拟合,得到在接近表面等离子体共振激发情况下,金纳米粒子三阶极化率虚部分别为Imχ(3)m=57×10-7esu.玻璃样品中金纳米粒子的非线性响应主要起源于热电子贡献. 关键词： 带内跃迁 带间跃迁 热电子贡献     

矩形纳米狭缝超表面结构的近场增强聚焦调控

为了实现对入射光的近场亚波长增强聚焦,设计了一种由内部矩形纳米狭缝圆环阵列和外部多圆环狭缝构成的超表面结构,得到了该结构激发的表面等离激元电场表达式,并从物理机理上解释了该结构中心聚焦及增强聚焦的原理.利用时域有限差分方法仿真研究了该超表面结构在不同偏振态入射光下的激发场聚焦特性.根据理论推导与仿真结果可得,该结构在波长为980 nm的圆偏振光入射下于近场的金属表面结构中心处生成半高宽为650 nm左右的亚波长聚焦光斑,其场分布为近似的第一类贝塞尔函数.与单一的矩形纳米狭缝圆环阵列结构相比,带有外部多圆环狭缝的复合结构具有更好的增强聚焦效果,使得中心焦斑强度提升了一倍,且更有利于对激发场进行调控.除此之外,还讨论了任意偏振方向的线偏振光入射结构激发的电场,得到了电场的解析表达式,即入射光偏振角的正弦函数包络乘上第一类贝塞尔函数.本文的研究对基于超表面结构的亚波长光调控有一定的指导意义,在光镊、亚波长尺度光信息传输与处理等领域也有一定的应用价值.     

高阶矢量光束高数值孔径聚焦特性的研究

本文利用Richards-Wolf矢量衍射积分模型对-2到4阶的贝塞尔型 矢量光束经高数值孔径聚焦后焦平面处的光强分布进行了理论仿真和特性研究, 并对矢量光束的聚焦场在真空下俘获玻璃小球的梯度力分布进行了仿真. 结果表明聚焦场的形状、尺度及各分量的变化与矢量光束的阶数有密切关系, 且具有特定的规律; 此外, 聚焦场的梯度力分布与矢量光束的阶数也有密切关系,并且具有多种不同形状和尺度的光陷阱.     

电场辅助溶解法实现玻璃表面金纳米粒子的形貌控制

贵金属纳米粒子由于其非常独特的光学特性和表面活性, 在光子学、 催化和生物标识等方面都有非常重要的应用. 采用离子溅射和后续热处理相结合的方法在玻璃表面形成了尺寸大约为60-80 nm的单分散的球形金纳米粒子. 在适当的温度条件下, 采用步进式增加的强直流电场, 实现了金纳米粒子的电场辅助溶解过程. 在玻璃表面的不同颜色区域, 初始球形的金纳米粒子溶解成月蚀状形貌. 结合不同颜色区域内金纳米粒子的表面等离子体共振吸收性质和扫描电镜照片, 研究了实验条件对金纳米粒子性质的影响. 结合电场辅助溶解实验过程中的电流-电压特性, 分析了金纳米粒子在强直流电场辅助下溶解的物理过程: 金粒子中动出的电子向阳极的隧穿过程作为开始, 随后是金阳离子向玻璃基体中的传输过程和阴极提供的电子与带有正电荷的金粒子相结合的过程. 详细讨论了电场辅助溶解法实现金纳米粒子形貌控制的物理机制.     

基于富勒烯C_(60)结构体系的金纳米粒子合成物光学非线性研究

使用 5 32nm ,8ns激光脉冲研究了两种新型的基于富勒烯C6 0 结构体系的金纳米粒子合成物的光学非线性 .Z scan实验结果和理论分析的比较表明 ,材料的非线性吸收强烈地依赖于材料中的配合体 ,而非线性折射主要来自金纳米粒子的贡献 .而且与熟知的C6 0 甲苯溶液光限幅特性作了比较 ,分析了光限幅机理 .     

基于富勒烯C60结构体系的金纳米粒子合成物光学非线性研究

使用532nm,8ns激光脉冲研究了两种新型的基于富勒烯C₆₀结构体系的金纳米粒子合成物的光学非线性.Z-scan实验结果和理论分析的比较表明,材料的非线性吸收强烈地依赖于材料中的配合体,而非线性折射主要来自金纳米粒子的贡献.而且与熟知的C₆₀甲苯溶液光限幅特性作了比较,分析了光限幅机理. 关键词： 60结构体系')" href="#">基于富勒烯C₆₀结构体系 金纳米粒子 等离子体 光限幅