近场研究表面等离子体在银纳米线上的传输

通过双探针近场光学扫描显微镜在银纳米线上实现近场激发和近场收集表面等离子体,用一个探针在银纳米线的一端近场激发表面等离子体,另一个探针近场探测银纳米线上的表面等离子体强度分布,得到强度分布图.强度分布图显示表面等离子体在银纳米线的一端被有效激发并且有一部分表面等离子体沿着银纳米线和基底的界面传播到了另一端.用有限元法对银纳米线内的传播模式进行数值模拟,结果显示银纳米线内存在两种表面等离子体传播模式,分别为基模和高阶模.沿着银纳米线和基底介质之间传输的基模表面等离子体由于传输环境稳定,散射损耗小,实际传输长度接近模式传输长度,达10μm以上;而高阶模表面等离子体由于部分裸露在空气中受表面缺陷散射的影响,散射损耗大,实际传输长度远小于模式传输长度.研究表明:以能量高度束缚的基模表面等离子体作为载体,不仅可以实现低损耗传输,还可以减小集成器件之间的信号串扰,有效提高信息传输的安全性,在集成光学中具有重要应用.     

银纳米线表面等离激元波导的能量损耗

金属纳米结构的表面等离激元可以突破光学衍射极限,为光子器件的微型化和集成光学芯片的实现奠定基础.基于表面等离激元的各种基本光学元件已经研制出来.然而,由于金属结构的固有欧姆损耗以及向衬底的辐射损耗等,表面等离激元的传输能量损耗较大,极大地制约了其在纳米光子器件和回路中的应用.研究能量损耗的影响因素以及如何有效降低能量损耗对未来光子器件的实际应用具有重要意义.本文从纳米线表面等离激元的基本模式出发,介绍了它在不同条件下的场分布和传输特性,在此基础上着重讨论纳米线表面等离激元传输损耗的影响因素和测量方法以及目前常用的降低传输损耗的思路.最后给出总结以及如何进一步降低能量损耗方法的展望.表面等离激元能量损耗的相关研究对于纳米光子器件的设计和集成光子回路的构建有着重要作用.     

Ag/ZnO纳米结构的荧光增强效应

利用化学合成方法制备了Ag纳米线和ZnO量子点。对这两种纳米结构的表面形貌、晶体结构和光学性质分别进行了研究。结果表明：Ag纳米线和ZnO量子点均为单晶结构,平均直径分别为160 nm和5 nm左右。将Ag纳米线混入ZnO量子点可以使其紫外荧光显著增强,其中位于345 nm和383 nm 的荧光分别增强30倍和12倍。这与Ag纳米线和ZnO量子点混合体系的局域表面等离子体共振耦合吸收峰位相一致,说明该体系存在两种共振耦合模式。该研究结果为将来开发ZnO基纳米发光器件提供了一条新的途径。     

片上制备横向结构ZnO纳米线阵列紫外探测器件

将纳米技术与传统的微电子工艺相结合, 片上制备了横向结构氧化锌(ZnO)纳米线阵列紫外探测器件, 纳米线由水热法直接自组织横向生长于叉指电极之间, 再除去斜向的多余纳米线, 其余工艺步骤与传统工艺相同. 分别尝试了铬(Cr)和金(Au)两种金属电极的器件结构: 由于Cr电极对其上纵向生长的纳米线有抑制作用, 导致横向生长纳米线长度可到达对侧电极, 光电响应方式为受表面氧离子吸附控制的光电导效应, 光电流大但增益低, 响应速度慢, 经二次电极加固, 纳米线根部与电极金属直接形成肖特基接触, 光电响应方式变为光伏效应, 增益和速度得到了极大改善; 由于Au电极对其上纵向生长的纳米线有催化作用, 导致溶质资源的竞争, 相同时间内横向生长的纳米线不能到达对侧, 而是交叉桥接, 但却形成了紫外光诱导的纳米线间势垒结高度调控机理, 得到的器件特性为最优, 在波长为365 nm的20 mW/cm²紫外光照下, 1 V电压时暗电流为10^-9 A, 光增益可达8×10⁵, 响应时间和恢复时间分别为1.1 s和1.3 s.     

悬空氧化铟纳米线晶体管制备与光电性能表征

一维(1D)半导体纳米线在纳米电子学和纳米光子学中表现出色。然而,纳米线晶体管的电特性对纳米线与衬底之间的相互作用非常敏感,而优化器件结构可以改善纳米线晶体管的电学和光电检测性能。本文报道了通过一步式光刻技术制造的悬浮式In₂O₃纳米线晶体管,显示出54.6 cm²V^?1s^?1的高迁移率和241.5 mVdec^?1的低亚阈值摆幅。作为紫外光电探测器,光电晶体管显示出极低的暗电流(~10?13 A)和高响应度1.6×10⁵ A?W^?1。悬浮晶体管的沟道材料的这种简单而有效的制备方法可广泛用于制造高性能微纳米器件。     

深亚波长约束的表面等离子体纳米激光器研究

本文提出了一种新颖的基于半导体纳米线/空气间隙/金属薄膜 复合结构的表面等离子体纳米激光器, 并给出了理论研究和仿真分析. 这种结构通过金属界面的表面等离子体模式与高增益介质纳米线波导模式耦合, 从而使场增强效应得到显著提高. 同时通过数值仿真研究, 得到该混合波导结构的模式特性和增益阈值随空气槽宽度、纳米线半径的变化规律, 表明它可以实现对输出光场的深亚波长约束, 同时保持低损耗传输和高场强限制能力. 通过最优化选择, 最终得到纳米等离子体激光器的最优结构尺寸. 关键词： 表面等离子体 混合等离子体波导 纳米激光器     

纳米银组装结构的表面增强荧光效应

采用表面自组装技术,在玻片表面构筑银纳米粒子二维组装结构.银纳米粒子组装结构的吸收光谱表明银粒子表面等离子体共振与粒子间电磁偶合密切相关,偶极子表面等离子体共振更为敏感而发生较大位移.在银纳米粒子组装结构上,荧光素分子的荧光得到极大增强,其表面增强效应强烈依赖于组装金属粒子的表面等离子体共振.     

基于银纳米链的马赫-曾德干涉仪结构的生物传感器

优化了一种基于表面等离激元银纳米链的马赫-曾德干涉式传感结构.该结构由参考臂、传感臂及纳米线波导构成.纳米线波导由银纳米线包裹一定厚度的硅来构成.引入两条银纳米链分别作为马赫-曾德干涉仪的参考臂和传感臂,并研究所设计结构的传输特性,通过降低传输损耗以提高所设计结构的精确度与灵敏度.相比于两条完全相同的银纳米线作为参考臂和传感臂的情况,在参考臂和传感臂改为银纳米链后,传输特性有明显提高,单位长度损耗明显降低.这是由于银纳米链中的单元结构之间的长程/库仑相互作用增强了结构中的电磁场,进而降低了传输损耗.将两条银纳米链的晶格常数设置为不同的情况,研究发现,在特定的银包硅纳米线的宽度与某些占空比下,含有非对称的银纳米链结构的单位传输损耗小于含有对称的银纳米链结构.由此可以知道,具有小损耗的银纳米颗粒链可以弥补大损耗的银纳米颗粒链的传输损失.利用这个特点,进一步优化设计结构,将一侧银纳米链改为纳米线.改变另一侧银纳米链的晶格常数与占空比,可以发现大多数情况下,这类结构传输特性优于含有两条银纳米链以及含有两条银纳米线的结构.本文的设计结构可以大幅减小传统的马赫-曾德干涉仪的传输损耗,且在结构的制备...     

银纳米线表面等离子体激元导光的研究

搭建采用光纤锥近场激发银纳米线表面等离子体激元的光路,并在氧化铟锡(ITO)衬底上实现银纳米线表面等离子体激元突破衍射极限在亚波长领域的光波导。通过R轴旋转平移台,改变光纤锥与银纳米线平行方向上的角度,研究在ITO衬底上银纳米线表面等离子体激元在不同激发角度下的耦合效率。实验上获得不同角度下银纳米线光波导的电荷耦合元件(CCD)数码信息图,并采用Adobe Photoshop灰度直方图的方法,在100 pixel×100 pixel质量下计算入射光强以及出射光强,进而计算银纳米线的耦合效率。结果表明,在不同的激发角度下,银纳米线在ITO衬底上的耦合效率与激发角度相关,两者平行时耦合效率最高,垂直时耦合效率最低。     

强流相对论性电子束与高Z等离子体靶相互作用磁场效应的研究

本文应用简化的Fokker-plancu方程^[1],加上限流扩散和Marshak边界条件,与流体力学程序耦合,研究相对论电子束与高Z等离子体靶相互作用的磁场效应。     

具有可调谐的LSPR和SERS性能的“爆米花”状Au@Ag核壳超结构的制备（英文）

本文通过使用多巴胺二硫代氨基甲酸(DDTC)作为还原剂来控制银纳米颗粒以异相成核的生长模式在金立方表面进行生长,合成出"爆米花"状的金银纳米超结构。这种结构的纳米颗粒在可见光区表现出可调谐的等离子体共振特性,并且通过改变硝酸银的浓度能够精细的调节银层的厚度。此外,使用液液界面自组装技术将纳米颗粒组装成单层膜,然后将结晶紫作为探针分子来研究纳米颗粒的表面增强拉曼散射特性(SERS)和银层厚度之间的依赖关系。并系统的研究了三种激发波长对SERS基底的响应。结果表明"爆米花"状的金银核壳超结构具有可调节的局域表面等离子体共振(LSPR)和SERS特性,在太阳能电池、催化、化学传感等领域具有广阔的应用前景。     

偏振方向及结构间耦合作用对空心方形银纳米结构表面等离子体共振的影响

空心方形纳米结构能够激发更大面积的增强电场,故其可以作为衬底用于表面增强拉曼散射.应用离散偶极子近似算法研究了空心方形银纳米结构的消光光谱及其近场电场分布与入射光偏振方向之间的关系.研究表明,空心方形银纳米结构的表面等离子体共振峰不随入射光偏振方向的改变而移动,但是其表面增强电场分布却强烈地依赖于入射光的偏振方向.另外,还讨论了空心方形银纳米结构间的耦合作用对其表面等离子体共振模式的影响.结果发现,可以通过调节结构间的距离来改变结构间的耦合作用,同时改变了表面等离子体共振峰的位置.这些结果将为理解闭合纳米 关键词： 空心方形银纳米结构 表面等离子体 偏振 电场耦合     

硅基混合表面等离子体纳米光波导及集成器件

总结并展望了硅基混合表面等离子体纳米光波导及集成器件方面的理论和实验研究工作。首先介绍了几种硅基混合表面等离子体纳米光波导结构,其尺寸可小至100 nm以下,而传播长度达100μm量级;其次介绍了基于硅基混合表面等离子体纳米光波导的功分器、偏振分束器和谐振器等集成器件,其尺寸为亚微米量级;最后探讨了硅基混合表面等离子体纳米光波导与硅纳米线光波导的耦合及对其进行增益补偿。     

基于表面等离子体激元的纳米激光器设计

设计了一种基于纳米线/间隔层/金属层的纳米激光器结构.该结构中,金属界面的表面等离子体模式与高增益介质纳米线波导模式耦合,提高了场增强效应.采用有限元法,分析了该结构的模式特性和增益阈值随几何尺寸的变化规律.结果表明:该结构具有较低的传播损耗和较强的光场限制能力,有效传播损耗最小值仅为0.013 3,归一化模式面积最小值仅为0.007.该纳米激光器结构可为发展新一代高效纳米激光器件提供理论和技术支持.     

基于银纳米线的类熊猫型微结构光纤传感器

设计了基于银纳米线等离子体共振效应的大孔径微流通道的类熊猫型微结构光纤传感器,采用全矢量有限元法对该传感器进行了数值研究,讨论了待测液折射率等参数对光纤传感器的损耗和灵敏度的影响。结果表明:随着待测液折射率和银纳米线直径的增大,损耗和光谱峰值λpeak都将增大;并且当银纳米线的直径增加到一定程度时,损耗和灵敏度都会呈现多峰值现象。最后取银纳米线直径d=150 nm,得到最大幅度灵敏度为910 dB/RIU,最大光谱灵敏度为1 400 nm/RIU。     

纳米银组装结构上罗丹明B的表面增强荧光效应

采用表面自组装技术,在玻璃表面构筑银纳米粒子的二维组装结构。银纳米粒子组装结构的表面等离子共振光谱中偶极子表面等离子体共振对组装结构更为敏感而表现出较大位移。组装银纳米粒子可极大增强罗丹明B的荧光。荧光的表面增强效应主要来自银纳米粒子对荧光分子所处区域的局部电磁场增强,银纳米粒子的表面分子修饰对其表面增强效应有较大的影响。     

金纳米棒的飞秒激光组装研究

金属纳米粒子对于研究表面等离子体共振具有非常重要的意义,其自组装形成的功能组装体能够展现出更加优异的整体协同性能.本文通过飞秒激光加工对金纳米棒直接进行组装,不引入其它的修饰剂,过程简单、快速(约1 min),不仅保留了金纳米棒表面等离子特性,且可以实现金纳米棒的任意精细图案化.将组装的微纳结构用于微流控芯片表面增强拉曼散射探测,可以得到很好的增强效果,为等离子体器件的制备提供了新的方法.     

柔性SERS基底和具有可调光谱信息的防伪标签

通过电位还原法在柔性棉布表面沉积Ag纳米粒子,首先在棉布表面吸附Sn²⁺离子。由于Sn⁴⁺/Sn²⁺的标准还原电位高于Ag⁺/Ag⁰,因此,浸泡到AgNO₃溶液中后纤维表面的Sn²⁺会将Ag⁺还原成银种。使用温和的还原剂抗坏血酸可以将小粒径Ag原位生长成大颗粒Ag。选取不同种类拉曼探针分子,通过组合方式将不同比例的拉曼探针分子修饰到Ag纳米粒子表面,实现对光谱信息进行精准调控。使用羟胺为还原剂在Ag纳米粒子表面沉积Au壳层,制备具有光学信息存储的壳结构等离子体Ag@Au纳米结构。该材料具有良好的机械性能和时间稳定性。该器件所存储的光学信息可以灵活调控,作为柔性信息调变型防伪材料用于光学防伪。该基底还可以作为柔性基底应用于水果表面农药残留的SERS检测。     

银纳米线的侧向生长及其抑制研究

采用多元醇法,在不同温度,不同PVP滴加速度和加入量的条件下合成了银纳米线。利用XRD, UV-Vis, SEM和TEM对银纳米线及其侧向生长过程进行了观察和分析。UV-Vis表明银纳米线在纵向生长的同时发生了侧向生长。而且表示银纳米线侧向生长的紫外吸收光谱峰在银纳米线合成后期发生了明显的红移,由384 nm红移至约388 nm处,表明银纳米线合成后期直径迅速增长,银纳米线发生了快速的侧向生长。SEM研究表明银纳米线直径在反应前期(15～23 min)只增加了20 nm,而在反应后期(23～30 min)银纳米线直径增加了近150 nm,SEM观察结果与UV-Vis分析结论一致。同时还发现银纳米线直径不仅与晶种大小有关而且与银线外覆盖的银层厚度有关,银源以吸附在银线侧面的小银颗粒为附着点沿其侧面多点沉积导致了银纳米线的侧向生长;降低反应液温度(165 ℃降至155 ℃),降低PVP滴加速度(67 mL·h-1减小到49 mL·h-1)以及减少银纳米线合成后期PVP加入量可抑制银纳米线的侧向生长,显著提高银纳米线长径比,银纳米线直径由200 nm减小至100 nm左右,长度仍保持在100 μm以上。     

二维自组装结构中银纳米粒子的吸收光谱特征

通过静电相互作用在聚乙烯吡啶修饰的玻璃表面组装了银纳米粒子的二维结构。吸收光谱结果表明,组装银粒子间的相互作用导致银粒子的偶极子表面等离子体共振发生较大的位移,但基本不改变四极子表面等离子体共振。银粒子表面吸附分子及周围介质直接影响其表面等离子体共振。