等离子体纳米结构中的Fano共振效应及其应用

Fano共振效应是一种具有非对称线型的共振散射现象,起源于共振过程和非共振过程的量子干涉效应。近年来,在等离子体纳米结构中Fano共振现象也被发现,并成为纳米光子学的一个研究热点。等离子体Fano共振通常具有较窄的光谱线宽,且不能直接与入射光耦合,只能局域在近场,强的近场局域特性可以获得巨大的表面电磁场增强。由于等离子体Fano共振独特的光学特性,已经被应用到单分子探测、高灵敏度传感、增强光谱、完美吸收、电磁诱导透明和慢光光子学器件等众多领域当中。     

基于辅助电介质层的棱镜表面等离子体共振效应研究

研究了一种基于棱镜基底-辅助电介质层-金膜-待测介质四层结构的表面等离子体共振(surface plasmon resonance,SPR)效应激励模型.采用薄膜光学与波导理论,探索了由辅助电介质层与金膜复合而成共振薄膜对SPR效应的激励机理与调制特性.借助时域有限差分方法,数值模拟得到辅助电介质层属性与共振能量传输特性关系.在此基础上,构建了波长调制型棱镜辅助电介质层结构SPR激励系统.研究结果表明,当待测介质折射率相同时,相较基于棱镜基底-金膜-待测介质三层结构的Kretschmann激励模型,辅助电介质层激励模型共振光谱整体向长波方向偏移且半波宽度出现显著展宽效应.而当待测介质折射率增大时,辅助电介质层型激励模型的共振光谱不仅会向长波方向偏移,而且折射率响应灵敏度比棱镜Kretschmann三层激励模型高出75%.因此该模型能够为诸如高灵敏度检测、新型光学滤波与调制器件设计等领域的研究应用提供理论与实践储备.     

基于局域表面等离子体共振效应的聚合物波导传感器特性研究

以SU-8光刻胶作为波导芯层材料,设计了基于金纳米粒子的局域表面等离子体共振(LSPR)波导传感器。根据Mie理论,建立了金纳米粒子的消光模型,理论分析了纳米粒子半径、待测物折射率等因素对局域表面等离子体共振曲线的影响。分析表明:当待测液体折射率增大时,LSPR共振峰的位置发生红移。随着金纳米粒子半径的逐渐增大,传感器灵敏度增加。共振吸收峰逐渐由单峰变为双峰,其中一个峰位于520 nm波长附近,主要由表面等离子体吸收造成;另一个峰随金纳米粒子半径的增大而逐渐红移,主要由表面等离子体散射造成。     

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.     

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。     

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.     

基于导模共振效应提高石墨烯表面等离子体的局域特性

本文构建了一种包含石墨烯和亚波长光栅的复合结构, 借助衍射光栅的导模共振效应, 在石墨烯表面激发高局域性表面等离子体激元, 研究了石墨烯与光栅结构对表面等离子体激元局域特性的影响规律, 并借助基于有限元法的COMSOL软件, 分析了缓冲层厚度、光栅周期、载流子迁移率和费米能级对石墨烯的表面电场、品质因子Q和有效模式面积S_eff的影响. 结果表明, 石墨烯表面等离子体激元的局域性在特定的参数点获得显著提高: 当μ = 0.7 m²/(V·s)时, 品质因子达到最大值Q_max = 1793; 当p = 235 nm或E_F = 0.72 eV时, 表面电场达到了入射光的3000倍以上. 强烈的局域性导致强烈 的光-物质相互作用, 因而本文提出的复合结构可实现高灵敏度传感器和高效率的非线性光学设备, 极大地扩展了石墨烯在纳米光学领域中的应用.     

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     

基于表面等离子体共振效应的荧光太阳集光器制备及其性能

金属纳米颗粒的表面等离子体共振效应能够对特定波长入射光的吸收或者散射增强,正因为其独特的光学性质,金属纳米颗粒被尝试应用于荧光太阳集光器.本文利用全无机钙钛矿CsPbBr3量子点、Au纳米颗粒和硫醇-烯聚合物制备荧光太阳集光器.研究发现,掺杂适量Au纳米颗粒可以通过表面等离子体共振效应提高全无机钙钛矿CsPbBr3量子...     

介质保护膜在表面等离子体波探测器中的应用研究

基于表面等离子体波共振技术的探测器中金属膜通常与被探测物直接接触,在金属膜和被探测物之间增加一层介质膜,可以对金属膜进行保护.为了优化探测器的设计,通过对四层共振结构中表面等离子体波共振吸收峰随保护层厚度及其介电常数变化的计算,得到了对保护层参量的选择条件.     

低温等离子体及其在材料表面改性中的应用

 一、等离子体物理的发展历史概况17世纪初叶,Sir.WilliamGilbert引入了一些基本概念,这些概念至今还用在描述电和磁的现象。1745年,E.G.vonKleist发明了莱顿瓶,即一种最原始的电容器,用于储积大量电荷并获得高的静电电位。在18世纪50年代,BenjaminFranklin利用莱顿瓶完成了证实其电的单流体理论的试验,同时也证实了闪电是电的一种形式。也是由Franklin引入一正负极性的概念。在其最初的单流体理论中,正极性意味着正向电流过剩,而负极性则意味着该正向电流不足。19世纪期间,电子放电物理获得了很快进展。     

等离子体显示屏及在仪器中的应用

等离子体屏由许多小放电单元排成矩阵。自从1966年美国Illinois大学的Bitzer和Slottow等人发表此项研究情况之后,各研究机关认真地开展了这项工作,但直到近一两年,才肯定其实用价值。把放电技术用于显示的历史虽然很长,但做成平板显示装置的历史还很短浅,所以先进行一些较详细的介绍。     

低温等离子体表面处理技术在生物医用材料中的应用

合成高分子材料无法完全满足作为生物医用材料所需要的生物相容性和高度的生物功能要求，为解决上述问题，文章介绍了一种表面处理方法－等离子体表面改性技术以其特有的优点在生物医用材料中的应用情况，通过等离子体处理后，能够在高分子材料表面固定生物活性分子，达到为生物医用材料的目的。     

低温等离子体表面处理技术在生物医用材料中的应用

合成高分子材料无法完全满足作为生物医用材料所需要的生物相容性和高度的生物功能要求,为解决上述问题,文章介绍了一种表面处理方法--等离子体表面改性技术以其特有的优点在生物医用材料中的应用情况.通过等离子体处理后,能够在高分子材料表面固定生物活性分子,达到作为生物医用材料的目的.     

质谱在激光等离子体物理研究中的应用

在对激光等离子体相互作用的研究中,物质由于在激光场的作用下离子化而成各种离化态的离子,研究这些离子的特性可以深入理解激光与等离子体相互作用过程,质谱仪能提供离子的最高离化态、平均电荷态、能量分布和丰度等重度信息,文章介绍了质谱仪的原理及的原理及其在激光等离子体中的应用。     

等离子体科学技术应用专题系列介绍——第七讲 低温等离子体及其在材料表面改性中的应用

一、低温等离子体概述等离子体是一种电离的气态物质,称为物质第四态,宇宙中９９．９％的物质都处于等离子体态．它由带电的电子、离子和中性粒子组成．粒子之间不断碰撞发生能量交换,同类粒子之间容易通过碰撞交换能量达到热力学平衡,因而有电子温度Ｔｃ,离子温度Ｔ１气体温度Ｔｓ按照研究的不同目的,等离子体可以作不同的分类．根据温度分为高温等离子体和低温等离子体．当电子温度１０５－１０８Ｋ时,称为高温等离子?...     

高速摄影机在穿甲机理研究中的应用

本文介绍了国产ZDF-50型等待式分幅高带摄影机在杆式弹穿甲机理研究中应用,同时,对光源参数合理选择及弹孔-相机-光源同步问题进行了简单介绍,主要应用情况如下所述:     

太阳能电池在微生物燃料电池中的光电催化性能研究

微生物燃料电池（microbialfuelcell,MFC）是利用电化学技术将微生物代谢能转化为电能并可同时降解废水的一种装置．本文针对目前MFC输出功率密度小、工作效率低等缺点,提出了利用半导体光催化和微生物催化协同作用构建新型MFC体系的设想,即将半导体太阳能电池串入MFC体系,组成“光电池．微生物电池”新型电池体系．实验结果表明,在光照的作用下,新型MFC体系的开路电压、短路电流和最大输出功率密度,与普通MFC体系相比,均有了明显的提高．光电催化作用的引入,有效地改善了MFC体系阴极的接受电子的能力,使阳极提供电子的能力得到最大限度的发挥,既给MFC体系的运转提供了一部分动力,也为MFC体系提高污染物的降解速率提供了基础．此项研究对解决能源危机和环境污染具有重要意义．