微纳结构非线性光学及其全光调控研究进展

随着微纳光子学的提出与发展,在纳米尺度上操纵和控制光子,发展体积更小、速度更快的光子器件,实现全光集成,已成为国际研究前沿和新技术领域竞争的热点。其中以光子晶体、表面等离激元微纳结构为代表的微纳光子学研究及应用在国际上得到了广泛的重视和蓬勃发展,特别是其微纳结构的非线性光学、全光调控与器件的应用研究。本文主要综述了微纳结构增强的光学非线性及其非线性全光调控研究进展。     

银纳米立方体对诺丹明分子的荧光增强或猝灭效应实验研究

用乙二醇还原硝酸银,成功制备了平均边长约97 nm的银纳米立方体以用于诺丹明(RhB)分子的荧光实验。实验中,将探针分子 RhB 粉末掺杂于PMMA苯甲醚溶液中,制得不同厚度参杂有RhB探针分子的PMMA薄膜,运用光谱技术和共焦显微技术研究了银纳米立方体与荧光分子的间隔、银纳米立方体不同浓度分布对RhB分子的荧光强度的影响。荧光光谱表明,荧光强度随PMMA厚度变薄而增强,当PMMA厚度为10nm时,荧光增强因子最大,获得了56倍的荧光增强效果,而继续减小PMMA厚度时,其荧光增强因子又变小,说明发生了荧光猝灭效应。共焦荧光像则更直观地表现了银纳米立方体的浓度分布对荧光分子辐射增强的影响。因而,可通过调控银纳米立方体与荧光分子的距离及银纳米立方体的分布优化荧光增强因子以用于基于荧光的单分子探测,这一实验结果在生物成像和生物传感领域有潜在应用价值。     

纳米银立方体与银膜耦合结构的电场特性

纳米金属颗粒及其与金属膜的耦合结构具有比单元结构更优越的物理性质。为了给实验研究纳米银立方体和银膜耦合结构在传感中的应用提供理论依据,运用FDTD方法数值分析了纳米银立方体与银膜耦合体系在波长为514.5 nm的激光激发下的电场性质。结果表明,耦合结构的电场分布与纳米银立方体的大小、及其与银膜间的介质层厚度有关;纳米银立方体与银膜耦合结构局域电场比纳米银立方体的局域电场强;当其间没有介质层时,局域电场主要分布在纳米银立方体的上表面顶点;当有介质层时,局域电场会有部分转向高折射率介质层中。因此,可根据需要,通过调控纳米银立方体的大小及其与银膜间的介质厚度来获得理想的局域电场。     

Optical absorption tunability and local electric field distribution of gold-dielectric-silver three-layered cylindrical nanotube

The effects of inner nanowire radius, shell thickness, the dielectric functions of middle layer and surrounding medium on localized surface plasmon resonance (LSPR) of gold-dielectric-silver nanotube are studied based on the quasi-static approximation. Theoretical calculation results show that LSPR of gold-dielectric-silver nanotube and LSPR numbers can be well optimized by adjusting its geometrical parameters. The longer wavelength of $\left|\omega_{-}^{-}\right\rangle$ mode takes place a distinct red-shift with increasing the inner nanowire radius and the thickness of middle dielectric layer, while a blue-shift with increasing outer nanotube thickness. The physical mechanisms are explained based on the plasmon hybridization theory, induced charges and phase retardation. In addition, the effects of middle dielectric function and surrounding medium on LSPR, and the local electric field factor are also reported. Our study provides the potential applications of gold-dielectric-silver nanotube in biological tissues, sensor and related regions.     

化学气相沉积单层VIB族过渡金属硫化物的研究进展

2004年以来,石墨烯因其优异的光学、电学性质而被广泛地研究,但由于其零带隙的特性极大地限制了它的应用前景.单层的VIB族过渡金属硫化物(TMDs)拥有类似石墨烯的晶体结构及可控的能带结构,是一类理想的二维直接带隙半导体材料,不仅可用于探索如谷极化等一些基础和前沿的物理问题,也可以广泛应用于纳米器件、光电子学和光催化的研究.近年来,化学气相沉积(CVD)技术作为一种相较于传统化学合成或物理剥离更加有效的制备方法被引入此类材料的生长,能够合成出拥有大面积连续的、厚薄均匀和较高晶体质量的单层TMDs.基于此,重点介绍了利用CVD技术生长单层TMDs所取得的进展,讨论了各工艺条件(如反应温度、载流气体、衬底、前驱物与衬底之间的距离等)对单层TMDs的生长及性质的影响.最后,探讨了利用CVD技术实现调控单层TMDs的尺寸、覆盖度和层厚均匀性的途径和方法.     

SiCl4浓度对微晶硅薄膜生长及光电特性的影响

研究了SiCl4浓度对等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统中以SiCl4/H2为反应气体的微晶硅薄膜生长及光电特性的影响.结果表明,微晶硅薄膜的沉积速率和晶化率均随SiCl4浓度的增加而增大,而晶粒平均尺寸在SiCl4浓度小于65;时呈增大趋势,在SiCl4浓度大于65;时呈减小趋势;此外,光照实验表明制备的微晶硅薄膜具有较稳定的微观结构,具有类稳恒光电导效应,且样品的电导率依赖于SiCl4浓度的变化.此外,还讨论了Cl基基团在微晶硅薄膜生长过程中所起的作用.     

银纳米线表面等离子体波导的传输损耗特性研究

通过远场聚焦光斑激发银纳米线表面等离子体激元(SPP: Surface Plasmon Polariton),并搭建银纳米线路由传输结构改变SPP的传输距离,研究了SPP的传输损耗特性。实验上测量了置于玻璃衬底表面的银纳米线在不同激发波长时SPP的传输损耗系数,发现SPP的传输损耗具有波长依赖性：632.8nm激光激发时,传输损耗系数为0.115 ,780nm激光激发时,传输损耗系数为0.0923 ,即传输损耗系数在长波激发时小,而在短波激发时大。测量结果对基于银纳米线波导的集成微纳光学系统设计有很好的指导作用。