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。     

表面等离子体共振传感技术应用于小分子检测

人体内的生物小分子对维持生命体健康具有重要影响,此类分子参与生命体的血液循环及免疫系统,因此检测生命体中生物小分子对研究小分子在生命体中的生理功能有着重要的意义.傅里叶变换-表面等离子体共振(Fourier transform-surface plasmon resonance,FT-SPR)光谱技术具有操作简便、灵敏...     

基于狭缝扫描的表面等离子体共振成像

利用表面等离子体共振技术进行电介质样品成像研究.采用高数值孔径显微物镜作为耦合元件,632.8nm He-Ne激光会聚激发金膜产生表面等离子体共振,通过狭缝光阑限制光束入射角,对金膜上的氮化硅光栅进行成像.反射光由放置在样品像方共轭面上的CCD摄像机接收,获得样品的表面等离子体共振像.通过扫描移动狭缝,得到入射角从44°至54°的扫描样品图像,从图像中提取样品各点的表面等离子体共振曲线,由计算机重构出样品的表面等离子体共振角谱灰度图.     

基于表面等离子体共振原理的空芯光纤传感器

设计了一种基于表面等离子体共振原理,使用空芯光纤作为光波导、外表面镀金属膜的光学材料圆柱体作为探头的新型折射率传感器。通过建立光学模型进行分析,在理论上推导出了这种传感器的传输光谱损耗公式,并针对该传感器在不同的光纤长度、探头材料、检测物质折射率等参数设置下的检测性能进行了分析,获得了各种参数对其性能的影响。由于该传感器可针对不同折射率的检测物质灵活地更换合适探头材料,相对于传统的表面等离子体共振光纤传感器,在易用性和性价比等方面具有更好的应用价值。     

表面等离子体共振控制镜面反射率

对金属介电常数随温度变化的计算进行了修正,提出了利用表面等离子体共振(SPR)实现温度控制镜面反射率的方法。在Kretschmann结构中的金属膜上涂覆热光系数较大的聚合物材料,考虑该结构中各种材料介电常数以及金属膜厚度随温度的变化,利用特征矩阵法进行了数值模拟,得到SPR反射率曲线随温度的变化。模拟结果显示,当波长为532nm的p偏振光分别以70°和75°入射时,在10℃～90℃范围内调节温度,可实现反射率在52.8%～41.5%和31.1%～18.8%范围内的调节。     

基于显微物镜的表面等离子体共振

对孙莹等提出的利用Greenberger-Horne-Zeilinger态实现的可控量子秘密共享协议Alice-Bob信道和Alice-Charlie信道窃听检测的虚警概率进行分析,指出该协议窃听检测虚警概率不为0的原因在于窃听检测测量基选择的随机性.然后,提出一种改进的利用Greenberger-Horne-Zeilinger态实现的可控量子秘密共享协议,以确定性的方式选择窃听检测的测量基.理论分析表明,改进的利用Greenberger-Horne-Zeilinger态实现的可控量子秘密共享协议不仅能够以原协议2倍的概率发现任何一个内部不可信方,从而具有更高的安全性,而且窃听检测虚警概率达到0.     

基于表面等离子体共振的新型超宽带微结构光纤传感器研究

基于表面等离子体共振的微结构光纤传感器具有高灵敏、免标记和实时监控等优点.如今,由于此类传感器广泛应用于食品安全控制、环境检测、生物分子分析物检测等诸多领域而受到大量研究.然而,目前所报道的绝大多数此类传感器只能应用于可见光或近中红外传感.因此,对可应用于中红外传感的表面等离子体共振微结构光纤传感器的研究是一项极具挑战...     

用扫描近场光学显微镜技术研究金膜表面等离体子共振

表面等离体子波(SPW)可与入射光横磁波极化能量耦合并被共振激发,这种现象被称为表面等离体子共振现象(SPR)。主要利用扫描近场光学显微镜(SNOM)技术和表面等离体子共振现象技术相结合,来研究金膜表面等离体子共振。设计并建立了结构独特的新型Kretschmann型表面等离体子共振现象耦合装置,同时又设计了具有厚度梯度的表面等离体子的制备方法。在此基础上,测量了改变入射角条件下的表面等离体子共振曲线,测得该装置的等离体子共振角灵敏度为1°。并且对金膜表面进行表面等离体子共振条件下的扫描近场光学显微成像。实验结果表明,在共振时金膜表面的扫描成像比不共振时清晰,而且增加了很多细节。应用表面等离体子共振现象技术将可以明显提高扫描近场光学显微镜的信噪比、分辨力等性能。     

探针诱导表面等离子体共振纳米光刻系统

提出了一种在原子力显微镜(AFM)基础上设计的探针诱导表面等离子体共振纳米光刻(PSPRN)系统.此系统不但实现了探针的精确控制,而且由于系统本身具有AFM的全部功能,因此可以实时检测样品表面的形貌以及光刻效果.系统采用改进的Kretschmann型共振耦合器件,在棱镜和样品基板之间注入匹配折射率油,使样品更方便更换;利用声光调制器与AFM配合实现了等离子体激发光照射时间的精确控制.通过初步实验,在银(Ag)膜表面获得了直径100 nm左右的光刻点,验证了PSPRN的可行性.研究了光照时间、激光功率、激光入射角、材料厚度等因素对光刻点大小、深度的影响,为实现更小的光刻点提供了参考.     

便携式表面等离子体共振传感器温度特性

采用美国德州仪器公司开发的Spreeta系列小型化SPR传感模块,实验研究了环境温度变化对便携式表面等离子体共振传感器工作特性的影响.发现随着温度的升高,共振角度向小角度方向移动,并提出了完整的理论分析模型.该模型讨论了环境温度变化对金属薄膜、棱镜、待测物的物理性质的影响,模拟结果与实验测量结果吻合得很好.     

Low-cost,high performance surface plasmon resonance-compatible films characterized by the surface plasmon resonance technique

A new analytical method based on the surface plasmon resonance (SPR) technique is presented, with which SPR curves for both wavelength and angular modulations can be obtained simultaneously via only a single scan of the incident angle. Using this method, the SPR responses of TiO2-coated Cu films are characterized in the wavelength range from 600 nm to 900 nm. For the first time, we determine the effective optical constants and the thicknesses of TiO2-coated Cu films using the SPR curves of wavelength modulation. The sensitivities of prism-based SPR refractive index sensors using TiO2-coated Cu films are investigated theoretically for both wavelength and angular modulations, the results show that in the case of sensitivity with wavelength modulation, TiO2-coated Cu films are not as good as the Au film, however, they are more suitable than the Au film for SPR refractive index sensors with angular modulation because a higher sensitivity can be achieved.     

角度型表面等离子体振荡传感器测量精度提高的新方法

设计了一种基于棱镜的角度型表面等离子体振荡自动测量系统,建立了共轴双旋转台的机械结构,提出了新型扫描的角度测量法,得到表面等离子体振荡谐振曲线。研究了影响系统多次测量一致性的因素,提出了减少采样点、提高单点数据采集次数,并采用三级变步长的测量方法,测量时间缩短至小于原来的1/10,使系统测量精度从1E 4折射率单位提高到了4E-5折射率单位。     

阿基米德螺旋微纳结构中的表面等离激元聚焦

研究光在微纳结构中的分布与传播, 实现在纳米范围内操纵光子, 对于微型光学芯片的设计有着重要意义. 本文利用聚焦离子束刻蚀方法, 在基底为石英玻璃的150 nm厚金膜上刻制了不同参数的阿基米德螺旋微纳狭缝结构, 通过改变入射光波长、手性、及螺旋结构手性和螺距等方式, 在理论和实验上系统地研究了阿基米德螺旋微纳结构中的表面等离激元聚焦性质. 我们发现, 除了入射激光偏振态、螺旋结构手性之外, 结构螺距与表面等离激元波长的比值也可以用来控制结构表面电场分布, 进而在结构中心形成0阶、1阶乃至更高阶符合隐失贝塞尔函数的涡旋电场. 通过相位分析, 我们对涡旋电场的成因进行了解释. 并利用有限时域差分的模拟方法计算了不同螺距时, 结构中形成的电场及相应空间相位分布. 最后利用扫描近场光学显微镜, 观测结构中不同的光场分布, 在结构中心得到了亚波长的聚焦光斑及符合不同阶贝塞尔函数的涡旋形表面等离激元聚焦环.     

基于表面等离子体共振传感器的金胶体表征

设计了表面等离子体共振(SPR)传感器实验装置,制备了金膜和金纳米胶体溶液,测量了不同厚度金膜和不同浓度金胶体溶液的SPR角谱,得到了不同浓度金胶体溶液的折射率.     

Coupling-induced excitation of a forbidden surface plasmon mode of a gold nanorod

Using the finite-difference time-domain (FDTD) method, we simulate the coupling between a gold nanorod and gold nanoparticles with different plasmonic resonant frequencies/volumes as well as that between the nanorod and a dielectric nanosphere. The influences of coupling with different nanoparticles on the excitation of a forbidden longitudinal surface plasmon mode of the nanorod under normal incidence are investigated. It is found that the cause of this excitation is the broken symmetry of the local electric field experienced by the nanorod resulting from the charge pileup on the other nanoparticle. This result is valuable for understanding the near-field optical characterization of plasmonic metal nanoparticles. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 10821062 and 10804004), the National Basic Research Program of China (Grant No. 2007CB307001), and the Specialized Research Fund for the Doctoral Program of Higher Education (Grant No. 200800011023) Contributed by GONG QiHuang     

准晶体结构光纤表面等离子体共振传感器特性研究

光纤表面等离子体共振传感器在高灵敏度传感和在线实时监测等领域具有重要意义. 设计了一种六重准晶体结构环形通道光纤表面等离子体共振传感器, 基于有限元法对该传感器的传感特性进行了数值模拟. 研究了光纤各结构参量对传感器特性的影响规律. 研究结果表明: 待测液折射率的有效监测范围为1.25–1.331, 最高灵敏度可达26400 nm·RIU^-1, 传感器具有损耗谱杂峰少、探测范围广、灵敏度高、设计灵活性高和光路可弯曲等特点, 在生化检测、公共安全、环境污染监测以及高灵敏度传感等领域具有广泛的应用前景.     

Dual mode near-field scanning optical microscopy for near-field imaging of surface plasmon polariton

In this paper, we theoretically and experimentally demonstrate that metal coated apertured probes are efficient near-field probes on surfaces with high reflectivity for the scattering as well as for the collection mode near-field scanning optical microscopy (NSOM). We show that a blunt apertured metal coated tip is very effective in suppressing image dipoles which affect strongly the signals scattered from frequently used sharp metal tips or gold nanoparticle attached probes. By using a simultaneous collection and scattering mode (dual mode) NSOM we measure the near-field images of surface plasmon polariton (SPP) launched from a slit. The collection mode measures propagating SPP along lateral distance in a long scan range with high signal-to-noise ratio, and the scattering mode measures the polarization resolved near-field of SPP. Comparisons of the measured data obtained in the dual mode enable to easily characterize SPP and to separate the measured near-field into the propagating SPP and the directly transmitted light.     

激励表面等离子共振的金属薄膜最佳厚度分析

根据电磁场在金属薄膜中的能量分布规律和金属薄膜具有复介电常数的特点,对激励表面等离子共振的金属薄膜的最佳厚度进行了探讨. 指出金属薄膜的最佳厚度与激励光波长和金属薄膜的折射率有关,建立了描述它们之间关系的数学表达式,并用实验方法进行验证. 将理论结果与他人的测量结果进行对比后发现,两者符合较好. 研究结果表明：在角度调制下的表面等离子共振传感器,为了获得更高的灵敏度,可根据激励光波长和金属薄膜折射率的虚部确定所要制备金属薄膜的最佳厚度;在波长调制下,则由中心波长和折射率的虚部确定金属薄膜的最适宜使用厚度. 关键词： 折射率 金属薄膜 全内反射 表面等离子共振     

基于银膜孔阵列超强透射效应的相敏表面等离子体共振传感器的仿真研究

A high spatial resolution, phase-sensitive Surface Plasmon Resonance（SPR） sensor based on Extraordinary Optical Transmission （EOT） is proposed to monitor the binding of organic and biological molecules to the silver surface. The 2D nanohole-array configuration is well suited ~br dense integration in a sensor chip. The optical geomeWy is collinear, which simplifies the alignment with respect to the traditional Kretschmann arrangement for SPR sensing. Various design parameters of the device have been studied by simulation. The heterodyne technique is used to improve the sensitivity. The optimization results indicate that the sensor has the advantages of achieving high resolution and a wide dynamic range simuhaneously.     

表面等离激元的聚焦与波导增强

近年来,表面等离激元学(plasmonics)已经形成一个新的学科热点.电子在金属与介质界面的集体振荡行为形成一种元激发——表面等离激元（surface plasomon polariton,SPP）.由于其具有特殊的耦合与传播性质,与SPP相关的器件设计与应用成为目前纳米光子学领域的国际前沿研究方向.文章介绍了利用微纳加工技术制备的SPP纳米结构,以及利用近场光学表征手段对SPP聚焦、波导、共振增强现象研究的进展.