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。     

金属纳米结构的形状对其消光特性的影响研究

推导了任意形状金属纳米结构的局域表面等离子体共振波长的解析解,分析了金属纳米结构的形状对其消光特性的影响。计算与分析结果表明,在空气中(折射率n=1.0),某种金属的纳米结构的消光光谱谐振波长仅与形状有关,形状参数L可以拟合为宽高比的二次函数,且二次项的系数代表了金属纳米结构的尖锐程度,形状越尖锐,谐振波长便越长。共振波长的研究对根据需要合理设计金属纳米结构具有重要的指导意义。     

单一金纳米棒的光学及折射率传感特性研究

基于贵金属纳米粒子在折射率传感及探测中的应用,本文运用离散偶极近似,模拟计算了单一金纳米棒的远场消光光谱,研究了其偶极局域表面等离子体共振波长的可调性及折射率的传感特性。研究表明,通过调控金纳米棒的长径比,纳米棒的局域表面等离子体共振波长在可见至近红外波长范围内广泛可调;在可见与近红外波长范围内,该共振波长及对应的折射率灵敏度对纳米棒长径比的响应皆分别呈现出二次与线性的分段特征。此外,利用金介电函数虚部随入射光波长的变化关系,揭示了金纳米棒表面等离子体所对应的半高宽随该共振波长的变化规律;并利用长径比对金纳米棒的品质因子进行了优化,得到了优化的长径比。本文的研究结果对未来设计和制造性能优异的基于局域表面等离子体共振的传感/探测基底和元器件具有重要的理论指导意义。     

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     

亚波长金属光栅的表面等离子体激元共振特性

亚波长金属光栅在共振波长处有光场局域增强、异常透射等现象,为深入认识其共振机制,本文研究了亚波长金属光栅的表面等离子体激元（SPP）共振特性。通过研究不同金属光栅的几何结构以及金属介电常数对SPP共振波长的影响,获得了3种共振波长的基本物理机制。采用周期边界元法进行数值模拟,在边界积分方程的基础上结合平面波展开方法来处理任意形状的周期性结构。模拟结果表明,3种共振波长可以分别由金属的材料、金属光栅周期和金属光栅厚度所调谐。该研究为微纳米光学器件的设计提供了依据。     

金银合金纳米笼二聚体光学性质的研究

本文采用有限元方法研究了金银合金纳米笼二聚体的光学性质。结果发现,二聚体的吸收和散射效率对入射光的偏振方向有很强的依赖性,当光偏振方向沿着二聚体的长轴方向时,偶极子模式分成两个模式:键合模式和反键合模式,前一种模式的频带比纳米笼单体的共振频带低,而后一种模式的频带比纳米笼单体的共振频带高。此外,二聚体的等离子体性质还取决于两个纳米笼之间的距离,距离越小,等离子体模式红移越大。     

亚波长金属光栅的表面等离子体激元共振特性

亚波长金属光栅在共振波长处有光场局域增强、异常透射等现象,为深入认识其共振机制,本文研究了亚波长金属光栅的表面等离子体激元(SPP)共振特性。通过研究不同金属光栅的几何结构以及金属介电常数对SPP共振波长的影响,获得了3种共振波长的基本物理机制。采用周期边界元法进行数值模拟,在边界积分方程的基础上结合平面波展开方法来处理任意形状的周期性结构。模拟结果表明,3种共振波长可以分别由金属的材料、金属光栅周期和金属光栅厚度所调谐。该研究为微纳米光学器件的设计提供了依据。     

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     

介质光栅/金属薄膜与银立方体复合结构的SPs研究

理论设计了介质光栅/金属薄膜与银纳米立方体复合结构,通过有限元方法数值模拟计算了该结构中的超高电场增强因子.使用442nm波长的激光作为表面等离子体的激发光源,研究不同尺寸银纳米立方体的消光谱以及不同光栅周期和厚度的反射光谱,得到的该复合结构的最优参数为:光栅周期312nm,厚度90nm,银纳米立方体70nm.在最优参数条件下,数值模拟了复合结构中的电场增强分布,介质光栅/金属薄膜与银纳米立方体复合结构由于存在局域表面等离子体和传播表面等离子体的共振耦合,使得光栅脊与银纳米立方体下顶点接触处热点的电场增强因子高达1.53×106.该复合结构产生的超高电场增强因子,有望应用于表面增强拉曼散射的研究.     

方体及环/盘阵列结构的表面等离子体共振特性研究

局域表面等离激元共振是金属纳米粒子表面的自由电子在光子作用下发生集体震荡而产生的一种共振现象。提出了一种方体及环/盘阵列结构,该结构主要由左侧单圆环和右侧方体及偏心圆环盘组成。利用时域有限差分算法(FDTD solutions)对该结构进行了光学性质的探究。仿真结果表明,当线性偏振光入射到金属表面时,在结构中激发局域表面等离子体共振现象,表现出明显的共振效应,在600～1 700 nm范围形成了不同位置的共振谷。通过对结构电场电荷仿真图的对比分析,发现共振谷是由圆环内所激发的偶极共振模式与方体及环/盘激发的四偶极共振模式相互耦合杂化产生的混合等离子共振而形成的。当调整金属结构的各项参数时,金属纳米颗粒之间的局域表面等离激元共振会因电场耦合效应发生改变,因此法诺共振的产生对于金属结构的各项参数有着极大的依赖性(如左圆环直径L、右圆环直径R,结构高度H,左圆环到方体的距离D等),通过对结构各项参数的改变,可以实现对结构共振谷波长位置和共振强度的有效调控,达到对结构光学性质可控的目的。由于该结构具有独特的非对称性,进一步探究了入射光源偏振方向(即电矢量与x轴的夹角)对结构的共振谷波长位置以及共振强度的影响。结果表明,随着光源偏振角度的增加,共振谷J2处的波长位置出现明显的红移现象。但当偏振角度为90°时,共振谷J3处不能产生法诺共振现象。由此,可以通过改变光源的偏振方向来实现对该结构的光谱的共振强度及共振波长位置的调控。更为重要的是,该结构对周围的环境折射率有着较高的敏感度,最高可达755 nm·RIU~(-1),传感的品质因数(figure of merit,FOM)为18.4,该结构在环境折射率等生物传感器及微纳光子器件方面有着潜在的应用前景。     

动态液面面形测量

将傅里叶变换轮廓术（FTP）运用到地动态液体面形测量,采用CCD快速获取由龙基（Ronchi）光谱投影到处于动态变化过程的液体表面上的一系列变形条纹,经过傅里叶变换,频谱滤波,逆傅里叶变换,三维相位展开等处理后得到的重建的一系列液面面形,能再现动态液面的变化过程,也能获取液体旋涡的一些特征参数,为流体力学相关研究提供了一种新的方法。     

The Influence of Film Coating on the Surface Roughness and Specific Surface Area of Pellets

The aim of this paper was to study the surface roughness of pellets after the application of a film coat. In total eight batches of pellets were examined of which four were considered to be round, whereas the other four deviated from the spherical shape by various degrees. The determination of the specific surface area of the coated pellets suggested that, although the film appeared to have filled the pores, the final film structure still mirrored the original surface structure of the pellets. However, profilometry was able to evaluate these gross results in more detail. From the latter measurements it appeared as though the pellet shape was another major influence factor on the final surface texture of the film coating. Pellets with a more elongated and irregular shape such as dumbbells provided more possibilities for interparticulate contact during the coating process, whereby film forming material was ripped off the pellet surfaces making these appear more rough due to surface defects. The use of alcoholic binder solutions during the pellet production might have resulted in surfaces with slightly changed surface free energy, which allowed a better spreading and adhesion of the polymer film and resulted in less textured film surfaces.     

A New Equation between Surface Tensions and Solubility Parameters without Molar Volume Parameters Simultaneously Fitting Polymers and Solvents

Both surface tension and solubility parameter are decided by molecular interactions. There are several empirical equations describing their connection. However, at least two limitations exist for them: polymers cannot be treated and only apolar or weakly polar solvents can be fitted. We found when only the dispersive properties were considered, for 37 solvents and 22 polymers, a linear relationship exists between γ ^d and γ/δ^2/3 _d , fitted by a new equation. Compared with the previous equations, the value of the new equation is that most solvents and common polymers could be treated simultaneously. This equation will be of value for estimating the accuracy of reported surface tension data or solubility parameters of polymers.     

基于相移偏折法的高反射表面面形测量技术

利用单相机所采集的图像实现了对光滑高反射表面面形的直接检测.首先利用相机获取参考平面在标准平面镜中的镜像,然后通过参考平面上的点与归一化成像平面上图像点之间的密集折返对应关系,求得待测镜面的深度距离,从而实现对高反射表面面形的测量.通过光线追迹将该测量过程转化为求解物空间中关于两对应光线束之间的相交问题.以相位为载体获取面形梯度分布,求得该表面的法向量场,并求解相应的反射光线束.通过光线追迹对该光线束与相应入射光线束求“交点”检测高反射表面.对标准平面镜进行实验检测,测量得到的面形平面度为0.19 mm.采用传统方法与本文所提方法对汽车后视镜进行检测,所得检测结果对应点之间的平均距离为0.15 mm,验证了本文方法检测镜面面形的有效性.     

柯恩达表面形状对环量控制涡轮叶型性能影响

采用商业软件ANSYS CFX研究了具有圆形和椭圆形柯恩达表面的环量控制叶型在不同射流速度下的流场和性能。结果表明:小的射流速度和大的柯恩达表面型线曲率是导致射流分离的主要因素,采用高速射流绕流大曲率柯恩达表面能够获得较大气流角和膨胀比,但同时带来较大的能量损失,叶栅气动性能与柯恩达表面形状和射流条件密切相关。     

表面等离子体激元共振溶胶-凝胶薄膜传感器

采用溶胶－凝胶金属氧化物半导体薄膜,作为表面等离子体激元共振效应的光化学传感器的传感介质。分析了金属Ag膜与传感薄膜的光学参数对传感器灵敏度的影响。通过在金属层与传感层之间优化设计中间层,进一步提高了传感器灵敏度。选择SnO2薄膜及SiO2薄膜作为传感层与中间层,对三种气体NH3、C2H5OH、C3H8进行气敏实验,结果表明结构优化的传感器具有更高的灵敏度。     

Surface excitation probabilities in surface electron spectroscopies

The phenomenon of surface excitation is competitive in nature for elastic and other inelastic scattering processes in surface electron spectroscopies; the knowledge of influence of surface excitations in electron energy loss spectra is then essential for quantitative surface analysis with these spectroscopies. The inelastic scattering of an electron moving in the vicinity of a surface is considered in a self-energy formalism to estimate the contribution of surface excitation in electron-solid interactions via the total surface excitation probability. The formulation uses the optical bulk dielectric function and provides the spatial and angular dependence of the differential and total inelastic cross-sections. The kinetic energy range of probing electrons considered is 100-5000 eV and the numerical evaluation of total surface excitation probabilities are performed for several metals, Au, Ag, Cu, Ni, Fe and Ti; empirical formulae for the surface excitation probability are given for each of these materials and compared with experimental results for the surface excitation parameter. The total surface excitation probability is higher in Ag as compared to other metals under consideration, for identical conditions of electron-solid interactions.     

光电经纬仪主镜面形变化的有限元分析

为了从整体上了解装配支撑系统后主镜面形变化情况,采用有限元分析方法对某光电经纬仪主镜系统结构进行了分析.在不同倾角下分析镜面及其支撑系统的自重变形,得出镜面及其支撑系统在各个俯仰高度上的变形位移.分析结果表明,在各个倾角状态下,主镜在Z方向上位移较大,最大达1.4 μm,造成镜面反射面平移,对反射面焦距有影响;X方向为旋转轴方向,变形较小,为0.01";Y方向为镜面倾斜方向,变形在0.5"左右,造成镜面弯曲.     

离子辅助沉积大口径传输反射镜面形控制研究

 针对大型激光系统中光束质量低和波前畸变等特点,采用离子辅助电子束蒸发技术成功实现对多层膜残余应力的精确控制。通过分析氧化铪、氧化硅单层膜残余应力变化规律,研究了离子源束压、束流参量对膜层折射率、残余应力性质及大小的影响。540 mm×340 mm×60 mm规格大口径传输反射镜面形PV值达到0.5λ(λ=632 nm),小光束损伤测试情况下,样品元件的损伤阈值大于30 J/cm2(N-on-1,1 064 nm,5 ns),利用该技术制备的大口径传输反射镜已获得成功应用。     

Surface order large deviations of phase interfaces for the continuum Widom-Rowlinson model in high density limit

We establish a surface order large deviation principle characterising, in the phase coexistence region, the exponential decay rates for the probabilities of macroscopic fluctuations of phase-separating interfaces for the continuum Widom-Rowlinson binary gas, with the thermodynamic and high fugacity limits taken simultaneously. The large deviation rate function is given by an isotropic surface energy functional and hence it attains its minimum for balls which are the most favourable shapes of ‘droplets’ of dominated phase within the ‘ocean’ of dominating phase.