探针诱导表面等离子体共振纳米光刻系统

提出了一种在原子力显微镜(AFM)基础上设计的探针诱导表面等离子体共振纳米光刻(PSPRN)系统.此系统不但实现了探针的精确控制,而且由于系统本身具有AFM的全部功能,因此可以实时检测样品表面的形貌以及光刻效果.系统采用改进的Kretschmann型共振耦合器件,在棱镜和样品基板之间注入匹配折射率油,使样品更方便更换;利用声光调制器与AFM配合实现了等离子体激发光照射时间的精确控制.通过初步实验,在银(Ag)膜表面获得了直径100 nm左右的光刻点,验证了PSPRN的可行性.研究了光照时间、激光功率、激光入射角、材料厚度等因素对光刻点大小、深度的影响,为实现更小的光刻点提供了参考.     

一种用于表面等离子体共振传感器的纳米多孔金膜

为了打破传统的表面等离子体共振(SPR)生物传感器灵敏度不高的限制,近年来纳米材料在SPR生物传感器中的运用得到广泛的研究。但是纳米材料的制备一般都比较困难而且费用高昂,这给研究带来了困难。笔者采用化学腐蚀法制备出一种纳米多孔金膜,利用扫描电子显微镜和光谱仪等测试手段对该金膜的结构和光学性质进行了分析,并将该金膜用于SPR生物传感器实验研究。结果表明,与传统的平面金膜相比,该纳米多孔金膜具有独特的局域表面等离子体共振效应。装配有该金膜的SPR生物传感器在对生物试剂的检测中灵敏度有了一定程度的提高,且该金膜的制备方法简单,成本低廉,完全可以替代传统的平面金膜使用。     

纳米金表面修饰与表面等离子体共振传感器的相互作用研究

为了分析纳米金表面修饰对表面等离子体共振(SPR)的放大作用,以及其对传感器本身的影响,首先,基于色散介质的吸收理论,通过建立波长型SPR生物传感器四层膜结构的数学模型,理论分析了传感器表面所吸附纳米金对传感器的影响:纳米金的表面修饰,改变了表面等离子体传感器中棱镜表面各介质层内电磁场的能量分布,削弱了金属膜在共振吸收中的作用,从而使SPR曲线的半波宽度增加,最小反射系数增大,金膜的最优膜厚度也随之改变.其次,通过不同厚度的金膜外吸附纳米金的对比试验,验证了此理论.金膜厚45nm、表面修饰10nm纳米金颗 关键词： 表面等离子体共振 生物传感器 纳米金 金属膜     

利用表面等离子体共振效应确定金纳米棒的尺寸

金属纳米粒子的尺寸和形状对其物理和化学性质有很大影响,通常利用昂贵的透射电子显微镜和扫描电子显微镜进行其尺寸测量。为了节约测量成本,利用时域有限差分法研究了金纳米棒的尺寸与吸收峰的对应关系得到间接的测量方法。即当金纳米棒的纵横比增大时,横向等离子峰几乎没有变化,纵向等离子峰出现明显的红移,且红移速度随着金纳米棒半径的增大而增大。实际制备了两种不同尺寸的金纳米棒样品,通过理论模拟确定的金纳米棒的尺寸与利用透射电子显微镜测量的金纳米棒的尺寸符合的很好。     

用表面等离子体共振传感器检测纳米间距

结合物理光学原理和表面等离子体共振（SPR）角度传感器,提出了可以突破衍射极限的纳米间距检测方法。在理论上建立起纳米间距和位相改变量之间的函数关系,借助于SPR角度传感器的高灵敏性,提出通过检测出射光束振动方向的p分量和s分量的位相差值来实现纳米间距的实时检测。模拟结果显示：纳米间距改变量从-0.5～0.5μm变化时,位相改变量可实现-150°～150°的变化,检测灵敏度〉1 nm。该检测方法能够实现10 nm以下间距的灵敏检测,且具有结构简单,易于操作,实时检测的特点。     

基于表面等离子体共振效应的椭圆柱银纳米线的光力研究

运用有限时域差分方法,研究了两椭圆柱银纳米线之间的光力及其物理机制,并且分析了椭圆柱银纳米线的尺寸以及相对位置对光力的影响.结果表明:椭圆柱银纳米线的尺寸以及相对位置等结构参量的变化导致两椭圆柱银纳米线之间光力的明显变化.由于局域耦合共振,Ag纳米颗粒间的内壁上存在电子的振荡行为,将微腔中光子的能量转化成电子集体振荡的动能,这使得微腔中的电磁场能量减小到负能态,从而产生收缩的负光力.因此,Ag纳米颗粒间相互吸引.     

基于表面等离子体共振效应的椭圆柱银纳米线的光力研究

运用有限时域差分方法,研究了两椭圆柱银纳米线之间的光力及其物理机制,并且分析了椭圆柱银纳米线的尺寸以及相对位置对光力的影响.结果表明:椭圆柱银纳米线的尺寸以及相对位置等结构参量的变化导致两椭圆柱银纳米线之间光力的明显变化.由于局域耦合共振,Ag纳米颗粒间的内壁上存在电子的振荡行为,将微腔中光子的能量转化成电子集体振荡的动能,这使得微腔中的电磁场能量减小到负能态,从而产生收缩的负光力.因此,Ag纳米颗粒间相互吸引.     

银纳米棒双体结构的表面等离子体共振光学特性研究

利用时域有限差分方法,研究了银纳米棒双体结构的散射光谱及其电场分布,并对其局域表面等离子体耦合共振特性进行了分析。研究表明随着银纳米棒之间的距离变大,其表面等离子共振峰的强度逐渐变弱,横向四极模式和横向偶极模式峰位基本不变。纳米棒半径的增加和夹角的变大,都会引起峰值强度明显增强。通过场分布计算发现,纳米棒半径的增加和夹角的变大都可以在颗粒的近场区域产生"热点",这种局域电磁场显著的增强对表面增强拉曼散射、荧光探针、纳米催化等方面的应用具有参考价值。     

基于表面等离子体的太赫兹光束方向调控的模拟研究

本文根据锑化铟(InSb)材料在THz波段下复介电常数对温度的响应特性,采用了带有光栅的锑化铟-介质-锑化铟的表面等离子体波导结构,实现了1THz频率光束的准直出射,并能够通过调整结构两侧光栅的温度差来控制出射光束的角度.由时域有限差分方法得到光束偏转角度与温度差之间的关系.理论上利用表面等离子体波导模式的光栅耦合机理解释光束方向改变的原因. 关键词： 表面等离子体 太赫兹 时域有限差分方法 光束方向控制     

表面等离子体无掩膜干涉光刻系统的数值分析

表面等离子体激元具有近场增强效应,可以代替光子作为曝光源形成纳米级特征尺寸的图像.本文数值分析了棱镜辅助表面等离子体干涉系统的参量空间,并给出了计算原理和方法.结果表明,适当地选择高折射率棱镜、低银层厚度、入射波长和光刻胶折射率,可以获得高曝光度、高对比度的干涉图像.入射波长为431 nm时,选择40 nm厚的银层,曝光深度可达200 nm,条纹周期为110 nm.数值分析结果为实验的安排提供了理论支持.     

半壳结构金纳米膜的局域表面等离子体共振效应

采用纳米模版印刷术和化学自组装技术制备了半壳结构的金粒子膜.利用场发射扫描电子显微镜和光谱仪等测试手段对样品的结构和光学性质进行了分析.研究发现，该结构的金膜所具有独特的局域表面等离子体共振效应取决于样品的粒子大小、间距等微观结构，且其峰值吸收波长对其周围环境介质的介电常数变化十分敏感.实验结果表明，粒子排列均匀的亚单层膜结构是控制光学性质稳定的关键. 关键词： 局域表面等离子体共振 半壳结构 纳米模版印刷术     

电子激励表面等离极化激元的粒子模拟

采用极化电流微分方程,对贵金属中自由电子与外电场的共振过程进行描述。将该微分方程与麦克斯韦方程相结合,运用时域有限差分(FDTD)方法,在粒子PIC模拟软件CHIPIC3D的基础上,实现了电子激励表面等离极化激元(SPPs)的模拟。通过对100 keV电子平行于银薄膜表面运动、激励起表面等离极化激元的模拟,观测并分析了SPPs的场强及模式在银薄膜表面的分布,并验证了模拟结果的正确性。     

表面等离子体环形共振器的滤波性质

利用时域有限差分法研究了基于金属-绝缘体-金属结构的环形波导共振器的滤波特性.研究结果表明,环形波导中存在多个共振模式.共振波长受环形波导的内径调制,随着环形波导内径的增加共振波长发生红移.共振带宽受耦合距离调制,随着耦合距离的增加带宽显著地减小.     

内嵌银纳米棒圆形银缝隙结构中的法诺共振现象

应用时域有限差分算法系统地研究了内嵌银纳米棒圆形银缝隙结构的透射特性. 由于倾斜银纳米棒破坏了圆形腔原有的对称稳态磁场分布, 该系统中产生了法诺共振现象. 此外, 透射光谱强烈地依赖于纳米棒的倾斜角度和纳米棒的形貌参数. 这些结果有助于设计复合结构滤波器, 满足特定的滤波需要. 关键词： 表面等离极化激元 法诺共振 时域有限差分算法     

Tapered dielectric structure in metal as a wavelength-selective surface plasmon polariton focuser

Symmetric tapered dielectric structures in metal have demonstrated applications such as the nanofocusing of surface plasmon polaritons, as well as the waveguiding of V-channel polaritons. Yet the fabrication of smooth-surfaced tapered structure remains an obstacle to most researchers. We have successfully developed a handy method to fabricate metal-sandwiched tapered nanostructures simply with electron beam lithography. Though these structures are slightly different from conventional symmetric V-shaped structures, systematic simulations show that similar functionality of surface plasmon polariton nanofocusing can still be achieved. When parameters are properly selected, wavelength-selective nanofocusing of surface plasmon polaritons can be obtained.     

契形结构光纤表面等离子体共振传感器研究

提出了一种契形端面结构的光纤表面等离子体共振(SPR)传感器激励模型. 采用时域有限差分法对契形SPR波导的共振模型进行数值模拟, 通过在光纤出射端抛磨契形角度并进行敏感膜修饰, 制出具有契形端面结构的类Kretschmann微棱镜式光纤SPR传感器, 实现激发SPR的光波调制.结果表明, 在1.3330–1.4215折射率范围内, 制备的契形光纤SPR传感器相对于常规光纤SPR传感器, 其平均灵敏度提高了近1–6倍, 1倍和6倍分别出现在小角度结构(15° 契形) 传感器和大角度结构(60°契形) 传感器, 且仍保持 10^-5 等级的分辨率. 该类型结构的传感器具有契形端面激励模式, 设计灵活性高、制备工艺简单、可微量检测样本等优点, 能够很好地适应于不同环境和测量条件的实际生化检测、环境监测需求. 关键词： 光纤传感器 表面等离子体共振 契形端面结构 折射率灵敏度     

金属表面等离体子振荡

深入浅出地分析了金属表面等离体子振荡形成的机理，利用拉普拉斯方程得到了半无限金属、金属薄膜和球状纳米金属颗粒的表面等离体子振荡频率。     

Lattice plasmon mode excitation via near-field coupling

The optical response of metal nanoparticles can be modified through near-field or far-field interaction,yet the lattice plasmon modes(LPMs)considered can only be excited from the latter.Here instead,we present a theoretical evaluation for LPM excitation via the near-field coupling process.The sample is an arrayed structure with specific units composed of upper metal disks,a lower metal hole and a sandwiched dielectric post.The excitation process and underlying mechanism of the LPM and the influence of the structure parameters on the optical properties have been investigated in detail by using a finite-difference time-domain(FDTD)numerical method.Our investigation presented here should advance the understanding of near-field interaction of plasmon modes for LPM excitation,and LPMs could find some potential applications,such as in near-field optical microscopes,biosensors,optical filters and plasmonic lasers.     

Low-cost,high performance surface plasmon resonance-compatible films characterized by the surface plasmon resonance technique

A new analytical method based on the surface plasmon resonance (SPR) technique is presented, with which SPR curves for both wavelength and angular modulations can be obtained simultaneously via only a single scan of the incident angle. Using this method, the SPR responses of TiO2-coated Cu films are characterized in the wavelength range from 600 nm to 900 nm. For the first time, we determine the effective optical constants and the thicknesses of TiO2-coated Cu films using the SPR curves of wavelength modulation. The sensitivities of prism-based SPR refractive index sensors using TiO2-coated Cu films are investigated theoretically for both wavelength and angular modulations, the results show that in the case of sensitivity with wavelength modulation, TiO2-coated Cu films are not as good as the Au film, however, they are more suitable than the Au film for SPR refractive index sensors with angular modulation because a higher sensitivity can be achieved.     

激光诱导光学材料后表面损伤的数值模拟

 采用3维时域有限差分方法和完全匹配吸收层,模拟了长方体缺陷在熔石英前后表面时对入射激光为TM波的调制作用,绘出了截面上的电场强度分布及最大电场强度随熔石英深度变化的曲线,并进行了比较和分析。结果表明：缺陷在前表面上时,后表面附近的最大电场强度2.522 41 V/m大于缺陷附近的1958 83 V/m;缺陷在后表面上时,材料中的最大电场强度为2.799 38 V/m,且出现在后表面附近。无论该缺陷在前表面还是在后表面,最大电场强度都是出现在后表面附近,表明光学材料的后表面在一定程度上更容易被损伤。