表面等离子激元

摘要： 提出了一种由二氧化钒(VO;)和金属Au构成的吸收带宽可调谐的超材料完美吸收器(MPA)。模拟发现,该MPA的吸收波长覆盖了可见光和近红外光。改变VO;温度,MPA的吸收带宽可实现0.378μm的调谐。分析MPA在吸收波长处的磁场分布发现MPA激发了表面等离子激元共振,实现在可见光和近红外光完美吸收。本文提出的MPA可应用于智能设备和热发射器等当中。

摘要： 设计了一个由两个共振器与一个表面等离子波导边耦合的系统,并通过施加外部电压研究了该系统的单向无反射现象.研究结果表明:当外部电压U=2.75V(9.47V)时,正向反射率接近0(0.58),反向反射率接近0.71(0);该系统可以在较宽的电压范围、共振器的间距范围、共振器A与表面等离子波导的间隙范围和共振器B的长度范围内实现单向无反射现象.该研究结果可为研发光二极管、电光开关、滤波器、传感器等元件提供理论参考.

摘要： 表面等离子激元是入射光子和金属电子相互作用,从而促使自由电子在金属表面产生集体振荡的现象。当入射光波的频率和电子振荡频率相匹配时,沿界面传输的电磁波和金属表面的自由电子发生谐振。本文首先根据麦克斯韦方程组和边界条件推导表面等离子波的色散关系方程,得到了色散分析曲线。分析了棱镜耦合激励方式的原理,并且在800nm TM波入射情况下对Kretschmann配置进行了仿真分析。仿真结果表明,在入射角为49.43°时,达到谐振,分界面上磁场强度最大。谐振频率对入射角度十分敏感,适用于生物大分子探测、光伏电池、医学检测,环境监测,增强光谱测量和光学成像等方面。

摘要： 为克服等离子体波导系统存在结构复杂、可利用波段范围小以及可调性差的缺点,提出了一种简单的双半环型腔金属-绝缘体-金属等离子激元波导结构(double semi-ring,DSR)。利用有限元法(finite element method,FEM)对其进行了模拟计算,并通过调整结构的几何参数和介质折射率,研究了该结构的透射特性和传感特性。结果发现:DSR结构能够产生2个典型的法诺共振,并且窄的离散态对法诺共振的形成起主导作用。改变共振腔的宽度和耦合距离可以实现对法诺共振的独立调控,该结构的最大折射率灵敏度和品质因数分别为1260 nm/RIU和17473 RIU-1。通过在DSR结构的基础上添加共振腔可以实现四重法诺共振和法诺共振的半独立调控。提出的等离子激元波导结构简单且能产生透射率大、可调性好和灵敏感度高的多重法诺共振,可用于滤波器、光开关和传感器等领域。

摘要： 基于衍射原理和模耦合理论,提出了一种由亚波长介质光栅/金属-电介质-金属(metal-dielectric-metal,MDM)波导/周期性光子晶体组成的复合微纳结构.结合反射角谱深入分析了表面等离子激元的传输特性以及在固定波长下不同入射角时刻形成的双重Fano共振的产生机理.研究表明,双重Fano共振是由在亚波长介质光栅/MDM波导结合的上层结构中产生的独立可调的双离散态分别与在周期性光子晶体中形成的连续态相互耦合形成的.接着定量讨论了结构参数对双重Fano特性的影响,探究了双重Fano共振的演变规律.结果表明,改变结构参数可实现双Fano共振曲线和谐振角度之间的调谐,且在最优条件下,共振A区FR a和FR b的品质因数(figure of merit,FOM)可高达460.0和4.00×10^(4),共振B区FR a和FR b的FOM值可高达269.2和2.22×10^(4).该结构可为基于Fano共振的折射率传感器设计提供有效的理论参考.

摘要： 真实世界中的开放体系大都是非厄米体系,研究非厄米体系在基础研究和前沿应用等方面都具有重要的价值.人工光子微结构为探索非厄米量子现象提供了研究平台.介绍了宇称-时间对称系统和奇异点的基本理论,概述了基于光子晶体、超材料、表面等离子激元等人工光子微结构系统中非厄米量子效应实验研究的最新进展,并展示了其相关的应用前景.

摘要： 针对金纳米圆盘,提出一种新的阵列结构,并采用时域有限元方法研究了该结构的反射谱、电场分布及折射率传感特性。该结构的反射谱存在两个谷值,研究了其结构参数和周围环境介质对反射谱的影响及其折射率和吸附物厚度的变化响应特性,折射率灵敏度达到575 nm/RIU,品质因素(FOM)为191,表明该结构在环境折射率生物传感器方面具有潜在的应用前景。这为研究折射率生物传感器提供了理论指导。

摘要： 为了获得可调控的双重Fano共振效应并实现高灵敏度折射率传感,文章提出了一种H型谐振腔近场耦合含金属挡板的金属-电介质-金属(MDM)波导结构.采用有限元法分析了该波导结构的透射谱线对结构参数及填充介质折射率的依赖关系.计算结果表明,在尺寸为300 nm×300 nm的H型谐振腔结构中可以产生中心波长分别为810和1350 nm的纵向及横向一阶谐振模式,两种谐振模耦合进入含挡板直波导将产生具有反对称线型的双重Fano共振透射峰.经拟合计算得到这两个非对称透射峰的折射率传感灵敏度分别为750和1360 nm/RIU.该结构为片上集成的纳米级折射率传感器设计提供了有效依据.

摘要： 针对金纳米圆盘,提出一种新的阵列结构,并采用时域有限元方法研究了该结构的反射谱、电场分布及折射率传感特性.该结构的反射谱存在两个谷值,研究了其结构参数和周围环境介质对反射谱的影响及其折射率和吸附物厚度的变化响应特性,折射率灵敏度达到575 nm/RIU,品质因素(FOM)为191,表明该结构在环境折射率生物传感器方面具有潜在的应用前景.这为研究折射率生物传感器提供了理论指导.

摘要： 利用由1根金属纳米线与2个相互耦合的量子点构成的系统研究了金属纳米线中单个表面等离子激元的传输特性.研究结果表明,通过适当地调节2个量子点的损耗率、量子点与金属纳米线之间的耦合强度、2个量子点之间的相位和耦合强度能在异常点处获得单向无反射.该方案可为类二极管等非互易器件的研发提供理论参考.

摘要： 本文从表面等离子激元对叠层电池电学特性影响方面入手，研究了纳米Ag颗粒表面等离子激元对np隧穿结电阻的影响问题。采用20nm微晶n层/20 nm微晶p层的测试结构对模拟叠层电池np隧穿结特性进行模拟，并在其中引入纳米Ag颗粒作为中间层。通过对np结构与n/interlayer/p结构的光态及暗态I-V特性对比分析表明：叠层电池中的np隧穿结具有良好的欧姆接触特性，能够形成载流子的有效隧穿复合;在np隧穿结中引入纳米Ag颗粒作为中间层，纳米Ag颗粒在光照下激发出表面等离子激元，其高能表面电场有利于光照下np结隧穿电阻明显降低。

摘要： 本文主要从两个方面来介绍课题组在光学旋涡方面的应用:利用轨道角动量光束进行通信和利用表面等离子激元实现光镊和显微成像。

摘要： 传统的介质光波导由于受衍射极限的限制，横截面尺寸不可能做到半波长以下，这阻碍了光波导器件集成度的进一步提高。光波导理论表明，光在金属表面传播形成的表面等离子激元(SPPs)可以突破衍射极限的限制。SPPs是外界光场与金属表面电子相互作用而形成的一种表而电磁波，它只能局域在金属表而传播。由金属-电介质-金属结构组成的纳米金属通道波导可以有效传输横截面尺寸在衍射极限以下的光束，它的基模是两个金属表面在外场激发下产生的SPPs之间的相瓦耦合模式，由于截止条件不受金属板间距离的限制，波导宽度可以做到极窄的程度。在横截面的另一个方向，通过改变金属的介电常数，在铝通道波导中嵌入银波导构成异质波导，由于SPPs于后者所在区域的相速相对前者要低，根据光趋向于在低相速区传播的原则，光束被局限在银波导中传输，在异质波导出射端的近场区则可得剑横截面尺寸仅为20nm×30nm(0.002λ2)聚焦光斑。另一方面，在金属通道波导的纵向构造周期排列的异质结构，波导等效折射率的周期性调制会产生SPP带隙，在其中引入缺陷，还可以构建SPP谐振腔。此外，SPPs也可在由金属-电介质结构组成的非对称会属波导中传播，在金属狭缝周围引入周期排列的由银和铝制成的非对称金属异质波导，可以实现对光束的准直、聚焦和分束，准直光束的远场发散角可以达到-3°。

摘要： 基于表面等离子体的基本理论,在薄膜太阳能电池的金属电极板上设计栅格结构,利用栅格结构激发表面等离子体波,并提出一种计算方法对表面等离子体产生的陷光效果进行定量评估.其次本文对该结构和材料参数进行优化,得出采用铜材料立方体栅格结构的陷光效果最佳.最后讨论了每种参数对陷光的影响,立方体栅格的栅格高度为30nm时,总陷光比最高,达到3.48.立方体栅格的栅格周期决定陷光比峰值位置,栅格长度决定陷光比峰值宽度.所得结果对后续的基于表面等离子体波的薄膜太阳能电池的设计具有一定的指导意义.

摘要： 基于表面等离子体的基本理论,在薄膜太阳能电池的金属电极板上设计栅格结构,利用栅格结构激发表面等离子体波,并提出一种计算方法对表面等离子体产生的陷光效果进行定量评估.其次本文对该结构和材料参数进行优化,得出采用铜材料立方体栅格结构的陷光效果最佳.最后讨论了每种参数对陷光的影响,立方体栅格的栅格高度为30nm时,总陷光比最高,达到3.48.立方体栅格的栅格周期决定陷光比峰值位置,栅格长度决定陷光比峰值宽度.所得结果对后续的基于表面等离子体波的薄膜太阳能电池的设计具有一定的指导意义.

摘要： 基于表面等离子体的基本理论,在薄膜太阳能电池的金属电极板上设计栅格结构,利用栅格结构激发表面等离子体波,并提出一种计算方法对表面等离子体产生的陷光效果进行定量评估.其次本文对该结构和材料参数进行优化,得出采用铜材料立方体栅格结构的陷光效果最佳.最后讨论了每种参数对陷光的影响,立方体栅格的栅格高度为30nm时,总陷光比最高,达到3.48.立方体栅格的栅格周期决定陷光比峰值位置,栅格长度决定陷光比峰值宽度.所得结果对后续的基于表面等离子体波的薄膜太阳能电池的设计具有一定的指导意义.

摘要： 基于表面等离子体的基本理论,在薄膜太阳能电池的金属电极板上设计栅格结构,利用栅格结构激发表面等离子体波,并提出一种计算方法对表面等离子体产生的陷光效果进行定量评估.其次本文对该结构和材料参数进行优化,得出采用铜材料立方体栅格结构的陷光效果最佳.最后讨论了每种参数对陷光的影响,立方体栅格的栅格高度为30nm时,总陷光比最高,达到3.48.立方体栅格的栅格周期决定陷光比峰值位置,栅格长度决定陷光比峰值宽度.所得结果对后续的基于表面等离子体波的薄膜太阳能电池的设计具有一定的指导意义.

摘要： 基于表面等离子体波产生的物理机理和其新颖特性,本文设计出能够激发太赫兹波段表面等离子体波的两种圆柱体周期性光栅结构模型.通过研究周期性阵列结构中表面等离子体波的色散关系,理论预测了表面等离子体波的共振频率,并在仿真实验结果中得到验证.通过观察表面等离子波电场的变化,结合理论详细分析了界面处表面波随各因素的变化规律.研究结果表明,垂直结构的碳纳米管束半径为24μm,栅周期为95μm时,激发的表面等离子波最强;而对于水平结构,半径为25μm,栅周期为120μm时,所激发表面等离子波最强.其研究结果对利用等离子波探测THz信号和THz传感器的设计有重要指导意义。

摘要： 基于表面等离子体波产生的物理机理和其新颖特性,本文设计出能够激发太赫兹波段表面等离子体波的两种圆柱体周期性光栅结构模型.通过研究周期性阵列结构中表面等离子体波的色散关系,理论预测了表面等离子体波的共振频率,并在仿真实验结果中得到验证.通过观察表面等离子波电场的变化,结合理论详细分析了界面处表面波随各因素的变化规律.研究结果表明,垂直结构的碳纳米管束半径为24μm,栅周期为95μm时,激发的表面等离子波最强;而对于水平结构,半径为25μm,栅周期为120μm时,所激发表面等离子波最强.其研究结果对利用等离子波探测THz信号和THz传感器的设计有重要指导意义。

摘要： 基于表面等离子体波产生的物理机理和其新颖特性,本文设计出能够激发太赫兹波段表面等离子体波的两种圆柱体周期性光栅结构模型.通过研究周期性阵列结构中表面等离子体波的色散关系,理论预测了表面等离子体波的共振频率,并在仿真实验结果中得到验证.通过观察表面等离子波电场的变化,结合理论详细分析了界面处表面波随各因素的变化规律.研究结果表明,垂直结构的碳纳米管束半径为24μm,栅周期为95μm时,激发的表面等离子波最强;而对于水平结构,半径为25μm,栅周期为120μm时,所激发表面等离子波最强.其研究结果对利用等离子波探测THz信号和THz传感器的设计有重要指导意义。

摘要： 本发明公布了一种基于表面等离子体激元局域场耦合效应的表面增强拉曼散射基底及其制备方法，涉及分子探测与识别技术和金属微纳结构制备方法，该类表面增强拉曼散射基底由具有纳米级间隙的金属微纳结构组成，在间隙内存在表面等离子体激元局域场耦合效应；具体形式包括：Ag纳米颗粒与Ag膜耦合体系、Ag纳米颗粒与Ag纳米小孔阵列耦合体系、Ag纳米球帽与Ag纳米小孔耦合体系；制备方法包括湿化学法和真空热蒸镀法。本发明该类表面增强拉曼散射基底的制备方法安全简便，不需要复杂的设备，成本低，结构稳定可控，重复率高，同时能提供高增强因子。

摘要： 本发明提供一种电测定型表面等离子体激元共振传感器，具备等离子体激元共振增强传感器芯片和电测定装置，所述等离子体激元共振增强传感器芯片是将依次配置有电极、硅半导体膜和等离子体激元共振膜电极的传感器芯片与棱镜按照所述棱镜、所述电极、所述硅半导体膜和所述等离子体激元共振膜电极的顺序配置而成的，所述电测定装置由所述电极和所述等离子体激元共振膜电极直接测定电流或电压。

摘要： 本发明公布了一种基于表面等离子体激元局域场耦合效应的表面增强拉曼散射基底及其制备方法，涉及分子探测与识别技术和金属微纳结构制备方法，该类表面增强拉曼散射基底由具有纳米级间隙的金属微纳结构组成，在间隙内存在表面等离子体激元局域场耦合效应；具体形式包括：Ag纳米颗粒与Ag膜耦合体系、Ag纳米颗粒与Ag纳米小孔阵列耦合体系、Ag纳米球帽与Ag纳米小孔耦合体系；制备方法包括湿化学法和真空热蒸镀法。本发明该类表面增强拉曼散射基底的制备方法安全简便，不需要复杂的设备，成本低，结构稳定可控，重复率高，同时能提供高增强因子。

摘要： 本发明提供了一种人工表面等离子体激元馈电的双极化微带贴片天线阵列。包括：双极化微带贴片天线阵列和两组基于人工表面等离子体激元的串联馈电网络；基于人工表面等离子体激元的串联馈电网络由位于介质基片下表面的直线型人工表面等离子体激元传输线、4段位于介质基片上表面的V型人工表面等离子体激元传输线以及用于连接基片上下表面传输线的集成于基片中的金属柱构成；双极化微带贴片天线阵列的辐射贴片位于介质基片的上表面，金属地板位于介质基片的下表面。本发明利用基于人工表面等离子体激元的串联馈电网络对双极化微带贴片天线阵列进行馈电；单层结构，结构紧凑，易于加工实现；具有良好的阻抗带宽和稳定的方向图和定向辐射特性。

摘要： 本发明基于表面等离子体激元的波长选择全光开关属于微纳光电子技术领域；该波长选择全光开关由基底层和矩形金属层组成，所述矩形金属层紧贴于基底层上方，在矩形金属层上刻蚀与矩形金属层等高的第一直波导、第二直波导、第三直波导、第四直波导和等边三角形谐振腔，其中，第二直波导和第四直波导与矩形金属层长边方向相同，第一直波导和第三直波导与矩形金属层长边方向的夹角均为60°；在等边三角形谐振腔内，还设置有与矩形金属层等高且中心与等边三角形谐振腔内心重合的矩形金属块；本发明基于表面等离子体激元的波长选择全光开关结构简单，具有波长可选择和高消光比的技术优势，未来可以应用于大规模集成光通信器件中。

摘要： 本发明公开基于人工表面等离子体激元的宽角度全向漏波天线，包括馈线，辐射结构，1或2个端口；辐射结构贯穿在馈线上，且辐射结构与馈线相接触，用于将所馈入的能量以电磁波的形式辐射到外部自由空间中，可以通过改变辐射单元结构的尺寸参数影响波束的相位来调整辐射波束的角度；将人工表面等离子体激元结构与传统的漏波天线结构相结合扩大波束扫描范围，并通过梭形辐射部件提高漏波天线的辐射效率，使其克服了传统的漏波天线存在的波束范围小，工作带宽窄，频带低等缺陷，本发明具有宽波束角度，宽工作频带，从后向前扫描特性，应用范围广，结构可调整，无方向性等优点。

摘要： 本发明公开了一种基于表面等离子激元的超表面四分之一波片，所述波片包括矩形基底和设置在矩形基底上的银膜，所述银膜由若干周期性的孔径单元矩阵排列构成，每个所述孔径单元均设有两个上下中心对称的横向孔径和两个左右中心对称的纵向孔径，所述横向孔径的内边的延长线不与纵向孔径有交点，所述纵向孔径的内边的延长线不与横向孔径有交点。本发明基于表面等离子激元的超表面四分之一波片具有结构简单、易于集成、厚度薄、加工难度小等优点，在光学传感系统、先进的纳米光子器件以及集成光学系统中，具有很大的应用价值。

摘要： 本发明公开了一种基于表面等离子激元的微波等离子体大气压射流装置，包括Y形石英管，金属激发器，金属支撑套筒和微波波导板；所述金属激发器的上端固定连接在两个所述Y形石英管的上端分支的交接处，所述金属激发器沿所述Y形石英管的下端分支的轴线延伸至所述Y形石英管的下端分支的下端面。本发明基于表面等离子激元技术，可以产生高电子密度和高活性的低温非平衡等离子体；采用固态微波源，微波功率源的功率为30W～100W，可以在低功率下实现放电，便于装置的集成化和小型化，并且携带方便、操作安全，经济性较好；可采用两路工质混合气体放电，实现特殊工况条件下的材料表面处理。

摘要： 本发明公开一种表面等离子激元定向高效耦合相位可调超表面形成方法，步骤为：在一种已有SPPs相位调节超表面原始结构的左侧刻蚀单个反射光栅，将左侧由原始结构激发的SPPs反射至右侧，其中反射光栅的刻蚀方式为不完全刻蚀，光源设置在整个超表面下方，即背部照明方式；调节反射光栅中心到已有结构中心的距离，使得反射至右侧的SPPs与原有激发的SPPs发生相长干涉，提高激发效率；将单个反射光栅扩展至多个即形成反射光栅阵列，获得更高的激发效率的同时实现定向耦合以及相位调控。本发明避免了对原有结构激发的SPPs的干扰，实现SPPs的定向传播和耦合增强，进一步提高SPPs的激发效率且不影响超表面原有的相位调节能力。

摘要： 本发明公开了一种基于表面等离子激元的超表面四分之一波片，所述波片包括矩形基底和设置在矩形基底上的银膜，所述银膜由若干周期性的孔径单元矩阵排列构成，每个所述孔径单元均设有两个上下中心对称的横向孔径和两个左右中心对称的纵向孔径，所述横向孔径的内边的延长线不与纵向孔径有交点，所述纵向孔径的内边的延长线不与横向孔径有交点。本发明基于表面等离子激元的超表面四分之一波片具有结构简单、易于集成、厚度薄、加工难度小等优点，在光学传感系统、先进的纳米光子器件以及集成光学系统中，具有很大的应用价值。