双螺旋凹槽结构超表面检测偏振状态的研究

偏振态信息与轨道角动量信息是光学信息的重要载体,也是光学信息处理的重要参量,在石英基底上设计了阿基米德双螺旋结构,利用有限元法计算了带有不同轨道角动量和偏振态信息的入射光照射到上述超构表面时,入射光与超表面耦合所产生的透射光呈现不同强度分布的图样,根据该图样,可检测入射光的偏振态信息.为检测入射光的轨道角动量,还提出了...     

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     

微纳螺旋凹槽结构检测光子自旋角动量

建立螺旋凹槽结构模型,具有不同自旋角动量的光束入射到该结构后激发表面等离激元,螺旋凹槽结构的螺旋性与光子自旋角动量耦合,使得不同自旋偏振光激发的表面等离激元具有不同的强度分布.通过螺旋凹槽激发的表面等离激元的强度分布获得入射光的自旋角动量.利用有限元方法计算了左旋偏振光与右旋偏振光激发的表面等离激元在螺旋凹槽中心的光场强度比,最大消光比达到168,实现对光子的自旋角动量的检测.在数值仿真中,分析了不同入射光波长的消光比,入射光波长在600～740nm范围内消光比高于50,其中入射光波长为670nm时的检测效果最佳;此外,研究螺旋凹槽结构参量对消光比的影响,当凹槽宽度为200nm,凹槽深度为70nm,匝数为2时,消光比最大,螺旋凹槽结构检测光子自旋角动量的能力最强.该研究可为集成光学中光子自旋角动量的检测提供一种新途径.     

一种利用电光效应测量微小转角的新方法

利用线性电光效应发展出一种新的、高准确度的微小转角测量法.根据W.L. She等人提出的线性电光效应耦合波理论,求得出射光强与入射光强比值（即出射率）对入射光方向的依赖曲线,利用该曲线,通过测量出射率可以确定入射光的方向.并根据此原理,设计了一套简单的装置,该装置可以测量出物体微小转角的变化量,同时测量范围及准确度都可通过外加电场和入射光波长加以调节.对此微小转角测量法作了理论分析,在LiNbO3器件上,得到测量范围大于3′,准确度为3.5″的设计结果.     

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.     

空间站问天舱等离子体原位成像探测技术

等离子体原位成像探测器是中国空间站的第一批舱外空间环境科学载荷,安装在问天舱的舱外暴露平台,将首次在空间站平台上开展电离层等离子体原位、成像、充电电位等多要素综合探测任务.其中,原位探测要素包括空间站轨道等离子体的密度、温度以及问天舱表面电位强度等.成像探测要素包括离子能量、运动方向和成像时间分辨率等.等离子体原位成像探测器采用多传感器的一体化设计,集成了朗缪尔探针、阻滞势分析仪、参考电位计和离子成像仪等技术.其中,离子成像技术是首次应用于我国的空间环境探测领域.等离子体原位成像探测技术在中国科学院国家空间科学中心定标实验室完成了测试验证,探测器已随问天舱成功发射,即将开展中低纬电离层的精细化探测,为完善空间站轨道电离层模型提供等离子体探测数据.通过探测累积长周期的充电电位数据,为研究等离子体对空间站的充电效应,促进空间站充电评估体系的建立提供支持.     

基于表面等离激元的长波QWIP光栅优化

为了提高长波量子阱红外探测器的灵敏度及探测率,采用表面等离激元效应来提高量子阱红外探测器中二维光栅的耦合效率。利用三维时域有限差分算法,分析表面等离激元作用下,长波量子阱红外探测器中二维金属薄膜光栅参数对入射光的调制作用。计算结果表明,对于8 m的入射光,当光栅周期P=2.8 m,孔直径D=1.4 m,光栅层厚度L=0.04 m时,X Y平面内Z方向电场值最大,光栅的耦合效率最高。     

一维游标位敏阳极光子计数探测器

报道了一维游标位敏阳极光子计数探测器,详细介绍了一维游标位敏阳极的解码原理和设计结果.搭建了基于一维游标位敏阳极探测器的紫外光子计数探测系统.该系统工作于光子计数模式,可同时测量单光子事件的一维坐标.获得了对应入射光空间强度一维分布的脉冲计数分布图.通过测试,系统的分辨率优于100μm.该探测器可以实现极微弱的高能光子、电子和离子等粒子流强度分布的一维探测,因此可以用于深空探测、光谱测量、高能物理以及生物发光探测.     

用于纳米粒子检测的双环谐振器

设计了一种可以探测单个纳米粒子的光学传感器结构,该结构由双环、双环间耦合区的通孔和直波导构成,并引入了Fano效应,进一步增强了粒子在光场中出现时的光耦合场变化.当纳米粒子穿过两个微环间的通孔时,其耦合系数和输出端的光强均发生变化,提出了一种基于双环谐振器结构的高精度耦合系数传感方法,通过检测双环谐振器耦合系数和输出端光强的变化对单体纳米粒子进行精确检测和计数.理论计算结果表明,在损耗为1 dB/cm的情况下,与单环结构相比,双环结构的灵敏度提升了两个数量级.该双环结构在减小波导损耗的同时有效提升了检测灵敏度.     

三角结构三芯光子晶体光纤中的模式耦合特性分析

基于耦合模理论,得出了三角结构三芯光子晶体光纤(TTC-PCF)的耦合模方程.数值模拟研究了该结构中纤芯间的定向耦合特性,分析了光纤结构及入射波长对耦合系数的影响以及入射光振幅比对纤芯间能量耦合特性的影响.结果表明,通过调节入射光振幅比可实现对纤芯间耦合强度的连续调节.对比了耦合模理论与束传播法得到的结果,两者表现出很好的一致性.结合TTC-PCF展现的独特耦合传输性能,讨论了其在耦合强度连续可调光纤定向耦合器和大模场光纤激光器的设计与制备等方面的可能应用前景.     

用于纳米粒子检测的双环谐振器（英文）

设计了一种可以探测单个纳米粒子的光学传感器结构,该结构由双环、双环间耦合区的通孔和直波导构成,并引入了Fano效应,进一步增强了粒子在光场中出现时的光耦合场变化.当纳米粒子穿过两个微环间的通孔时,其耦合系数和输出端的光强均发生变化,提出了一种基于双环谐振器结构的高精度耦合系数传感方法,通过检测双环谐振器耦合系数和输出端光强的变化对单体纳米粒子进行精确检测和计数.理论计算结果表明,在损耗为1dB/cm的情况下,与单环结构相比,双环结构的灵敏度提升了两个数量级.该双环结构在减小波导损耗的同时有效提升了检测灵敏度.     

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。     

周期地嵌入电介质球壳的金属表层的表面等离子激元及其与电介质腔体模式的耦合

通过观察金属底板中周期地嵌入电介质球壳的体系的光学吸收性质，研究了表面等离子激元 以及与其他电磁模式的耦合特性.在这种周期结构的金属表面，发现存在两种响应频率，分 别对应于表面等离子激元模式和金属中的电介质腔体模式.在这些响应频率上，可观察到与 它们相对应的吸收峰.由于金属的表面模式不能与平面入射光直接耦合，而腔体模式与平面 入射光和表面等离子激元模式的耦合一般较弱，因而通常情况下这些吸收峰的峰值有限.然 而，通过调整体系中的某些参数，可以使腔体模式和表面模式的频率非常接近，这时二者之 间的耦合强度将大大提高.此时，在相应的频率附近可观察到极强的吸收峰.详细地研究了介 质球壳的物理和几何参数对此共振吸收的影响. 关键词： 腔体模式 表面等离子体模式 共振吸收     

基于双旋延迟器结构的偏振BRDF测量系统的设计

偏振双向反射分布函数（BRDF）不仅可以表示物体散射光辐强度的空间分布情况,还包含了丰富的偏振信息。与标量BRDF相比,偏振BRDF可以更加精确地、全面地表示物体表面的光散射情况。设计了基于双旋延迟器结构的偏振BRDF测量系统,通过同步旋转波片调制入射光和散射光的偏振态,得到一系列变化的光强值,再由光强的Fourier分解系数计算获得样品的偏振BRDF值。系统内设计了一对正交反射镜,用以减小系统中器件后向散射光的影响。通过铝板偏振BRDF的测量,说明了该系统具有较高的准确性。     

Ag-Al纳米球二聚体的光学性质研究

金属纳米材料因其表面等离子体共振特性而备受关注。异质结构的金属纳米材料的光学特性相比于同质结构因其材料的不同破坏了原有结构的对称性,对称性的破坏将引起光学性质的改变,相邻两个颗粒之间的相互作用会产生Fano共振。Fano共振是由异质纳米结构的表面等离子体共振耦合引起的,通过合理地调控表面等离子体共振的耦合,将进一步调控Fano共振的强度同时促使异质结构的电场增强特性和辐射特性得到进一步优化。受金银等贵金属的带间跃迁影响,金属铝纳米材料成为研究紫外-近紫外光区的表面等离子体共振研究最佳选择。采用有限时域差分方法研究了Ag-Al纳米球二聚体的光学特性。研究了Ag和Al纳米球组成的二聚体的吸收光谱与入射光偏振方向、纳米球半径、颗粒间距和介质折射率等几何结构及物理参数的关系,并深入讨论了二聚体的局域场分布规律;讨论了获取更高效的Fano共振光谱的方法。由于材料的对称性被破坏,异质二聚体的光学性质与同质二聚体明显不同,Ag-Al异质纳米球二聚体呈现出在紫外和可见光区的双Fano共振现象。Ag-Al二聚体表面等离子体互相耦合引起Fano共振从而导致表面等离子体的共振抑制和增强。研究结果对在紫外-可见光区的表面等离子体应用、纳米光学器件的设计与开发及基于表面等离子体共振的表面增强光谱、生物传感和检测研究等有一定参考价值。     

高效、偏振不敏感超导纳米线单光子探测器

超导纳米线单光子探测器(SNSPD)因其优异的综合性能被广泛应用于量子通信等众多领域,然而其独特的线性结构会导致SNSPD的探测效率对入射光的偏振态具有依赖性,从而限制了SNSPD在非常规光纤链路或其他非相干光探测环境中的应用.本文基于传统的回形纳米线结构设计制备了一种新型偏振不敏感SNSPD,在纳米线周围引入一层高折射率Si薄膜作为介质补偿层来提高纳米线对垂直偏振态入射光的吸收效率,并将补偿层的上表面设计为光栅结构以减小不同波长下纳米线对不同偏振态入射光的吸收差异从而实现在特定波长范围内的偏振不敏感.除此之外,还采用介质镜和双层纳米线结构来提高器件的光吸收效率,测试结果表明该器件在1605 nm波长处最大探测效率为87%,对应的偏振消光比为1.06.该工作为未来实现高探测效率的偏振不敏感SNSPD提供了参考依据.     

近场显微干涉成像中的探测角度和偏振问题研究

用偶极子耦合系统来模拟近场干涉测量中的探针样品关系,并利用各电场分量之间的组合方程组精确计算出其可能探测到的强度和相位像。结果显示,近场干涉所测量到的近场像的分辨力和探测器的方位及参考光的偏振方向之间有较强的依赖关系,随着探测器位置不同或者参考光偏振方向的变化,同一样品在同一照明条件下所得到的图像也会发生明显的改变。在倏逝波照明的情况下,近场像的精确度随着探测器相对于样品视角的增大而改善,且在不同偏振方向的近场像中,只有偏振方向垂直于样品表面的像能真实反映样品的细节分布,且同时具有足够的强度分布。     

金属光栅对表面等离子体波的辐射抑制研究

对金属光栅进行严格耦合波理论计算, 得到了780和1500 nm波长入射光条件下不同光栅调制深度(20-80 nm)对应的反射谱. 根据Fano理论推导了描述反射谱线的经验公式, 最后应用有限元法计算光栅表面近场电场分布, 验证了公式的正确性. 反射谱线公式反映出光栅耦合表面等离子体的各个物理效应, 其中最重要的是反映出光栅在某一调制深度下对表面等离子体反耦合的抑制作用, 这一发现为设计光栅能量约束器件提供了物理依据.     

十字形银纳米结构的表面等离子体光子学性质

本文应用离散偶极子近似方法计算了十字形银纳米结构的消光光谱及其近场电场强度分布. 研究表明相比于单根纳米棒, 十字形纳米结构能够提供更强的表面电场; 由于相邻凸起间的电场耦合作用, 当入射光的偏振方向改变时, 在十字形纳米结构的侧表面总能激发出较强的电场.另外, 本文还系统地研究了十字形纳米结构的形貌参数对其表面等离子体共振峰的影响. 这些结果将会指导十字形纳米结构的制备, 以满足其在表面增强拉曼散射中的应用.     

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