金属镜面上纳米光学天线阵列自发辐射增强与定向辐射

本文提出一种金属镜面上纳米光学天线阵列结构,天线采用金纳米立方体,单个点辐射源位于天线和金镜面之间的纳米间隙内.天线和金镜面之间的纳米间隙支持间隙表面等离激元,能够增强自发辐射速率;同时,周期排布的纳米天线支持表面晶格共振(surface lattice resonance, SLR),通过适当设计阵列周期,可实现沿垂直于基底方向的远场定向辐射.本文结合阵列扫描法(array scanning method, ASM)和全波严格数值方法,计算了辐射源的自发辐射速率.对于远场辐射强度角分布的计算,本文给出了互易定理方法的严格表述和证明过程,该证明过程不同于已有文献中的证明过程,对于无限大周期结构具有更严格的适用性,或者具有更低的计算量.本文提出的天线结构和设计方法可用于指导设计高速、高亮度、定向辐射光源.     

纳米光学和生物单分子探测

纳米光学技术展示了纳米级探测本领，同时生物单分子探测所需要分辨尺度也是纳米数量级的，因此在生物单分子探测过程中，纳米光学发挥了巨大的作用．文章介绍了与生物单分子探测技术相关的纳米光学技术，包括量子近场光学探针技术、近场光学成像技术(包括扫描近场光学显微术及全内反射荧光显微术)和激光光钳测控技术及它们在生物单分子探测上的进展，从而在染色、成像、测控三个方面展示了纳米光学技术在生物方面的应用，并对其未来的发展方向进行了展望．     

近场光学显微技术

本文在介绍近场光学显微镜原理的基础上，对近场光学显微技术进行了一定深度的探讨，并着重研究了纳米级探针的制作和纳米级样品与探针间距的控制这两个近场光学显微技术中的关键问题，说明了近场光学显微探针的工作方式，阐述了近场光学成像的衬度类型，介绍了近场光学显微技术在多个领域的应用。在参考大量国内外最新研究成果的基础上，提出了一些个人的见解。     

光学微操纵过程的轴平面显微成像技术

光学俘获技术利用光与物质相互作用产生的光势阱效应来实现对微粒的操控,已经成功应用于生物医学、材料科学等交叉领域.在对微粒进行三维俘获时,传统的宽场光学显微技术只能观测到某一平面内微粒的横向运动,对微粒沿轴向运动的观测受到很大限制.本文将轴平面显微成像技术引入光学微粒操控研究中,利用45?倾斜的反射镜把微粒的轴向运动信息转换到横向平面进行观测,与传统宽场显微成像技术相结合,实现了对二氧化硅小球俘获过程横向和轴向运动的同步观测.该成像方法无需扫描和数据重构,具有实时快速等优点,在新型光束光镊、厚样品三维观测和成像等领域具有潜在的应用价值.     

金纳米颗粒的有序制备及其光学特性

采用纳米球蚀刻技术在石英衬底上制备了不同高度的金纳米颗粒阵列.通过扫描电子显微镜对其表面形貌进行了观测,表明金纳米颗粒为有序分布的三棱柱结构.通过红外—紫外吸收光谱仪在190—900nm波长范围内对其光吸收特性进行了测量, 并成功观测到了金纳米颗粒表面等离子体振荡效应引起的光吸收峰,结果表明随着金纳米颗粒高度的增加,其吸收峰的位置向短波方向移动(蓝移).同时对金纳米颗粒的光吸收特性进行了基于离散偶极子近似的理论计算,并与实验结果进行了比较. 关键词： 纳米球蚀刻技术 金纳米颗粒 离散偶极子近似     

高分辨率蓝光光学显微测量系统

本系统用波长为405nm的超亮度蓝色发光二极管作为光学显微镜的照明光源，结合CCD图像传感技术和图像采集技术，实现了对显微图像的实时观察和存取的计算机化。观察到的DVD盘片的清晰显微图像表明，其光学分辨率优于400nm。运用自编的图像分析软件对采集到的CD RW光盘图像进行分析和标定，测定其道间距为1.6μm。因此，本系统在显微观测领域，特别是对观测和分析接近普通光学显微镜分辨极限尺寸的微结构，有重要的实用价值。     

Au/Au2S复合纳米球壳微粒的发光特性

观测了金纳米球壳微粒（纳米级Au2S介质外包裹一层纳米级厚的金壳）的荧光光谱，与块状Au2S的荧光峰相比，金纳米球壳的荧光峰蓝移到蓝绿区域，蓝移的主要原因是核－壳纳米复合结构中的表面态和量子尺寸效应。     

激光诱导玻璃内部金纳米颗粒的析出及光谱

使用钛宝石飞秒激光引发和热处理相结合，实现了在含有金离子的硅酸盐玻璃内部，有空间选择性地析出金纳米颗粒。对吸收光谱的研究表明，随着热处理温度的升高，吸收峰强度增大且红移；随着激光功率密度的增大，金纳米颗粒也增大。在特定的激光和热处理条件作用下，可以在玻璃内部有空间选择性的使金离子还原后聚集，形成金纳米颗粒，具有量子尺寸效应。改变激光功率和热处理温度可以控制所析出的金属纳米粒子的尺寸，从而实现多色显示，飞秒激光诱导金纳米颗粒具有稳定性，颜色具有持久性。     

从光学显微镜到光学“显纳镜”

光学显微镜在生物学和医学等众多科学技术以及生产领域发挥着重要作用,分辨能力已经进入纳米尺度.本文综述了光学显微镜的放大原理、结构组成、发展历史、在生物学发展中的推动作用以及超越阿贝衍射极限实现超分辨荧光显微镜——光学显纳镜的原理和方法.光学显纳镜重点介绍了2014年获得诺贝尔化学奖的两项超分辨荧光显微技术,一是以光激活定位显微技术为代表的单分子显微技术,一是通过增加一束损耗光等效减小激发光斑大小来实现超分辨的受激发射损耗显微技术.     

金纳米棒二聚体结构的Fano共振

等离激元金属纳米结构中的Fano共振，由于其在超灵敏传感、超材料、光开关和非线性光学器件等方面的潜在应用而引起了广泛的关注。但在单颗粒尺度下单个金属纳米二聚体结构的Fano共振的实验研究仍然很少。本研究基于单颗粒光谱技术从实验上探讨了二聚体结构产生的Fano共振现象。利用种子生长法制备了等离激元共振峰分别在1 060 nm和700 nm的一长一短金纳米棒，通过L-半胱氨酸分子的静电吸附自组装构建首尾相连的金纳米棒二聚体结构，在暗场显微系统中表征了金纳米棒二聚体耦合前后的散射光谱。结果表明，短金纳米棒的明偶极模式与长金纳米棒的暗四极模式间的相消干涉在660 nm处产生了明显的Fano共振谷，同时基于有限差分时域（FDTD）方法的理论模拟散射光谱与实验结果能够较好地符合。这种自组装金纳米棒二聚体在等离激元传感和探测等方面具有广阔的应用前景。     

基于SPASER机制的偏心金壳纳米天线的多波长散射特性（英文）

基于表面等离激元受激辐射放大(SPASER)机制,提出了一种硅-金-硅三层核壳偏心纳米天线,并利用有限元法分析了其多波长散射特性.结果表明:在SPASER机制下,该纳米天线产生极大的散射光强度,且工作波长的数目随着硅核偏心率的增加而增加;当硅核的偏心率为9nm时,该纳米天线有4个共振峰,分别位于615nm、656nm、724nm、847nm,其对应的散射强度比非SPASER机制的纳米天线的散射强度高104倍;该纳米天线的散射波长还可以通过改变入射光的偏振角调节.基于SPASER机制的纳米天线对于设计多波长纳米激光器具有指导意义.     

基于SPASER机制的偏心金壳纳米天线的多波长散射特性

基于表面等离激元受激辐射放大(SPASER)机制,提出了一种硅-金-硅三层核壳偏心纳米天线,并利用有限元法分析了其多波长散射特性.结果表明:在SPASER机制下,该纳米天线产生极大的散射光强度,且工作波长的数目随着硅核偏心率的增加而增加;当硅核的偏心率为9 nm时,该纳米天线有4个共振峰,分别位于615 nm、656 nm、724 nm、847 nm,其对应的散射强度比非SPASER机制的纳米天线的散射强度高104倍;该纳米天线的散射波长还可以通过改变入射光的偏振角调节.基于SPASER机制的纳米天线对于设计多波长纳米激光器具有指导意义.     

多缝隙蝶形偶极子纳米天线的设计及吸收特性

针对单一结构纳米天线吸收率不高和波段较窄的缺点,结合多缝隙结构和蝶形偶极子,提出了一种多缝隙蝶形偶极子纳米天线。多缝隙蝶形偶极子是由Au纳米蝶形偶极子刻蚀多条缝隙构成的,该结构能同时实现尖端近场耦合、光栅耦合以及不同介质间的杂化耦合,这三种耦合的共同作用可以在宽波段内有效提高吸收率。采用时域有限差分方法分析了宽波段下该纳米天线的吸收性能,数值分析表明:在400～1800 nm波段,多缝隙蝶形偶极子纳米天线的吸收特性曲线出现多个吸收波峰,吸收峰值最高可达98.4%,平均吸收率为84.1%。该天线的吸收性能明显优于蝶形偶极子纳米天线,在不同偏振状态以及不同角度入射光下,该天线均能在宽波段内保持较好的吸收性能。     

微纳光学结构与太赫兹辐射产生技术的研究进展

太赫兹(THz)技术在基础研究与产业应用中具有重要研究意义,但其广泛应用仍受限于高效、紧凑的THz源,特别是0.5～2.0 THz波段。目前,人们已经采用了多种技术产生THz辐射,基于光学的方法是其中最重要的手段。首先,针对THz脉冲波及连续波,基于光电导效应及非线性光学差频的THz辐射产生机理,总结了近年来微纳光学结构在提高泵浦光至THz转换效率上的应用。然后,分析了金属纳米光天线通过增强泵浦光局域电场提高THz辐射效率和将金属纳米光天线作为THz辐射源两种增强情况。最后,展望了其他类型的光学微纳结构,尤其是全介质光学天线支持的米氏谐振、无辐射模式以及连续域中束缚态等新颖物理现象在THz辐射产生中的增强作用。     

金纳米环结构的光学性质研究

采用离散偶极子近似方法(DDA)研究了两种不同形状的金纳米环结构的消光光谱及其近电场分布, 研究了等离子体消光峰的红移、蓝移现象及消光系数与结构参数之间的关系, 并与盘状的金纳米结构进行了比较. 在等离子体共振峰波长入射时, 金纳米环结构比金纳米盘结构产生更大的局域增强电场分布, 横截面为圆形的金纳米环结构比横截面为矩形的结构具有更大的局域增强电场分布, 更适合作为表面增强拉曼散射的衬底. 关键词： 离散偶极子近似 金纳米环 金纳米盘 光学性质     

InGaP光学微盘的显微荧光图像观测及分析

利用一套ＣＣＤ显微荧光图像观测和采集分析系统,分别在室 液氮温度下对半径为５μｍ发射波长０．６５μｍ的ＩｎＧａＰ半导体光学微盘的光图像进行了观测。     

远场超分辨随机光重建显微镜(STORM)研究进展

了解细胞内分子尺度的动态和结构的特征是生命科学迫切需要解决的问题,要求远场光学成像要求纳米或亚纳米量级的空间分辨率.介绍了一种实现打破衍射极限的远场荧光显微成像技术--随机光重建显微术(STORM),其分辨率可以达到横向分辨率20 nm,轴向分辨率50 nm,理论上这种方法的空间分辨率可以达到单分子定位的精度.具体介绍...     

金纳米星诊疗剂的光热特性及其在光热治疗和光学相干层析成像中的应用研究

为了开发一种优异的用于光热治疗和光学相干层析成像的金纳米星诊疗剂,对金纳米星的制备、光热特性以及光热治疗和光学相干层析成像中的应用进行研究.利用尖端结构增强金纳米材料的局域表面等离子体共振特性,通过种子介导法制备了多枝化的金纳米星,多尖端的结构使其具有明显的光热效果,并探究了其作为光热治疗的诊疗剂和光学相干层析成像造影...     

基于Mueller矩阵成像椭偏仪的纳米结构几何参数大面积测量

为了实现有效的工艺监控, 在批量化纳米制造中对纳米结构的关键尺寸等几何参数进行快速、低成本、非破坏性的精确测量具有十分重要的意义. 光学散射仪目前已经发展成为批量化纳米制造中纳米结构几何参数在线测量的一种重要手段. 传统光学散射测量技术只能获得光斑照射区内待测参数的平均值, 而对小于光斑照射区内样品的微小变化难以准确分析. 此外, 由于其只能进行单点测试, 必须要移动样品台进行扫描才能获得大面积区域内待测参数的分布信息, 从而严重影响测试效率. 为此, 本文将传统光学散射测量技术与显微成像技术相结合, 提出利用Mueller矩阵成像椭偏仪实现纳米结构几何参数的大面积快速准确测量. Mueller矩阵成像椭偏仪具有传统Mueller矩阵椭偏仪测量信息全、光谱灵敏度高的优势, 同时又有显微成像技术高空间分辨率的优点, 有望为批量化纳米制造中纳米结构几何参数提供一种大面积、快速、低成本、非破坏性的精确测量新途径.     

一种自支撑金纳米薄膜的制备、结构和氮吸附特性

以一种新的硅微米/纳米结构复合体系——硅纳米孔柱阵列作为还原性衬底，采用浸渍技术制备出一种自支撑的金纳米薄膜，并对其表面形貌和结构进行了表征.实验表明，金纳米薄膜的制备过程是一个自终止过程.当硅纳米孔柱阵列被耗尽后，浸渍溶液中Au³⁺的还原反应将自行终止；同时，所形成的金纳米薄膜自动与衬底脱离并成为一种自支撑薄膜.薄膜的形成机理被归因于硅纳米孔柱阵列所具有的高的表面活性和还原性.用能量弥散x射线谱对薄膜表面化学成分分析的结果表明，如此制备的金纳米薄膜具有很强的氮吸附和氮储存能力.这一特性有可能在气体传感器、空气分离和氮纯化以及氮化合物的膜合成器等技术领域得到应用. 关键词： 自支撑金纳米薄膜 硅纳米孔柱阵列 浸渍技术