表面等离激元

摘要： 本文采用脉冲激光沉积和真空退火的方法在铝箔上制备氧化铟锡(indium tin oxide, ITO)表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering, SERS)活性基底,并研究了ITO基底的SERS特性。沉积了700、1 000、1 300、1 600、2 000五组脉冲数的基底,测量结果显示薄膜厚度与脉冲数接近线性关系,当ITO薄膜厚度为60.80 nm(脉冲数为1 300)时,拉曼信号的增强程度达到最大值,其拉曼强度是Au基底的2~3倍。研究表明,真空退火能够显著提升ITO基底的拉曼增强效果,不同厚度的ITO薄膜基底均具有明显的SERS增强效果,可以通过控制薄膜厚度对ITO基底进行SERS调控。这些研究结果可为后续ITO材料SERS研究及应用提供参考依据。

摘要： 本文提出一种具有宽波段自发辐射增强性能的金属基底上光学偶极纳米天线,实现的总辐射速率与远场辐射速率增强因子分别达到5454和1041,在近红外波段,自发辐射增强(Purcell因子超过1000)波长范围达到260 nm,并且能够实现远场定向辐射.为了阐明天线性能背后的物理机制,本文考虑天线臂上表面等离激元激发和多重散射的直观物理过程,基于Maxwell方程组第一性原理,建立了一个半解析模型,能够全面复现天线的辐射特性,包括总辐射速率、远场辐射速率、远场辐射方向图等.该模型提供了一个直观的物理图像,即在模型导出的两个相位匹配条件下,表面等离激元在天线臂上形成了一对Fabry-Perot共振获得增强,然后传播到纳米间隙内点辐射源位置和散射到自由空间,由此分别提高了总辐射速率和远场辐射速率.并且,这一对Fabry-Perot共振产生了一对相互靠近的谐振峰,由此形成了宽波段自发辐射增强.本文提出的偶极纳米天线可以应用于荧光增强、拉曼散射增强及高速、高亮度纳米光源等领域,所提出的模型可用于光学天线的物理理解和直观设计.

摘要： 量子表面等离激元近年来发展迅速,引起了极大的关注。而银纳米线由于自身的多种优势成为量子表面等离激元的代表性载体之一,是该领域很多工作中的重要元器件。回顾了近年来基于银纳米线的表面等离激元在量子信息领域中的理论和实验研究进展,主要包括表面等离激元自身和在银纳米线上传输的基本性质,银纳米线与量子发光点的相互作用、构建量子集成表面等离激元回路以及在量子精密传感领域的应用。最后提出了利用银纳米线实现量子表面等离激元应用过程中尚存的困难与挑战,以及可能的解决方法与未来研究方向。

摘要： 在腔量子电动力学中,如果量子发光体与腔模式的耦合强度超过二者的平均损耗,就进入了强耦合区域,此时会形成部分光部分物质的新量子态——极化激元态.强耦合在室温玻色-爱因斯坦凝聚、极化激元激光、单光子非线性、量子信息等领域有重要的应用价值.基于单个金属纳米颗粒的结构可以支持局域表面等离激元共振,拥有极小的模式体积,非常有利于强耦合现象的发生.本文主要介绍了强耦合的理论背景、单个金属纳米颗粒和纳米间隙结构与量子发光体的强耦合、以及强耦合的动态调控,并展望了该领域的研究前景.

摘要： 微纳结构的表面模式及波导模式等耦合辐射过程,可以被有效地用于在远场研究近场光-物相互作用。而在近场光学表征和高灵敏传感等应用研究过程中,一个优化完善的显微系统可以为研究人员带来便利,同时也让高通量数据存储、测试和分析的实现成为可能。利用模式特征的图像处理过程不但可以完成大量数据的快速自动识别,而且可以实现无人值守的监测和分析。为研究光子晶体结构中的模式特性,通过模式提取完成了光路的自校准;在含荧光探针的耦合辐射当中,利用模式间的配准完成了荧光信号的耦合角度测算;利用表面模式的传感特性完成了对环境折射率变化的监测。研究结果表明,后焦面图像的智能识别可以快速处理海量数据,并完成特定场景下应用的自动分析。

摘要： 本文基于表面等离子激元(SurfacePlasmons, SPs)理论,结合有限时域差分法(Finite Difference Time Domain method, FDTD)对周期性亚波长金属光栅的偏振特性进行了模拟研究,并利用等效介质理论分析了亚波长光栅产生偏振的原因,深入分析入射波长在0.8~1.7 μm内,亚波长金属光栅的周期、占空比、厚度以及金属材料对透射光偏振特性的影响。结果表明Al和Au的共同之处是都可以对金属光栅产生偏振调控,不同之处是Al对于消光比的调控较明显、Au对于透过率的调控较明显。此外亚波长金属光栅的周期与透过率、消光比均成正比;占空比与透射率成正比,与消光比成反比;光栅厚度对消光比的影响较明显。本研究为偏振光谱成像芯片的核心部件近红外偏振滤光膜系的应用奠定了基础。

摘要： 超材料因其结构可设计性和优异的物理性能成为近年来的研究热点。热学超材料因能针对性设计红外发射率和反射率等热性能而备受关注。近年来热学超材料朝着"智能化"和"多功能"的趋势发展,智能热调控超材料是实现高效热控的重要途径。以相变涂层为主的传统智能热控材料具有精度低、调控幅度小和可设计性差等局限性。超结构设计能使材料实现理想的电磁特性,并通过表面等离激元等不同的损耗机制实现特定波段的完美吸收。在此基础上,引入相变材料或可重构表面实现的智能热控超材料能够快速、精准地实现热性能的大幅调控。智能热控超材料可实现热场、电场、力场和其他外场等多方式调控。合理的超结构设计能够使材料在热场的被动调控下同时实现吸收率和吸收峰峰位稳定调谐。基于电场调控的材料具有更高的调制精度和快速响应能力。生物启迪的力学热控超材料因其设计简单和柔性的优势而有望大面积应用。此外,基于磁、光等其他外场实现热调控也有相关报道。本文归纳了智能热控超材料的研究现状,首先简单介绍了完美吸收和智能热控的相关概念,从结构设计和损耗机理的角度出发,分析了基于不同外场智能热控超材料的调控途径和研究进展,最后总结了智能热控超材料目前面临的挑战并展望其未来的发展方向。

摘要： 优化了一种基于表面等离激元银纳米链的马赫-曾德干涉式传感结构.该结构由参考臂、传感臂及纳米线波导构成.纳米线波导由银纳米线包裹一定厚度的硅来构成.引入两条银纳米链分别作为马赫-曾德干涉仪的参考臂和传感臂,并研究所设计结构的传输特性,通过降低传输损耗以提高所设计结构的精确度与灵敏度.相比于两条完全相同的银纳米线作为参考臂和传感臂的情况,在参考臂和传感臂改为银纳米链后,传输特性有明显提高,单位长度损耗明显降低.这是由于银纳米链中的单元结构之间的长程/库仑相互作用增强了结构中的电磁场,进而降低了传输损耗.将两条银纳米链的晶格常数设置为不同的情况,研究发现,在特定的银包硅纳米线的宽度与某些占空比下,含有非对称的银纳米链结构的单位传输损耗小于含有对称的银纳米链结构.由此可以知道,具有小损耗的银纳米颗粒链可以弥补大损耗的银纳米颗粒链的传输损失.利用这个特点,进一步优化设计结构,将一侧银纳米链改为纳米线.改变另一侧银纳米链的晶格常数与占空比,可以发现大多数情况下,这类结构传输特性优于含有两条银纳米链以及含有两条银纳米线的结构.本文的设计结构可以大幅减小传统的马赫-曾德干涉仪的传输损耗,且在结构的制备过程中容错率高,在实际应用中有巨大的潜在应用价值.

摘要： 利用等离激元纳米光腔将电磁场限制在亚波长范围,可在纳米尺度上增强光与物质相互作用,实现超衍射极限的光信号增强。从等离激元纳米光腔的基本原理出发,综述了等离激元纳米光腔与量子发射体间相互作用的理论框架,分析了不同光腔结构在增强光与物质耦合作用的优势;归纳了纳米光腔增强光与物质相互作用机制,着重讨论了增强拉曼光谱、增强非线性效应和增强量子效应的物理机制;展望了等离激元纳米光腔在量子信息领域的潜在应用。

摘要： 利用扩展的Mie理论研究了手性分子与金属组成的复合纳米球体系的光学性质。结果表明:当圆偏振光入射到球壳结构(Au@手性分子@Au)上时,手性分子和表面等离激元发生相互作用,金核与金壳发生杂化,在表面等离激元共振位置处出现圆二色性(circular dichroism,CD)响应、Rabi劈裂和类激子诱导透明现象。当共振位置在近红外时,类激子诱导透明现象更加明显;当手性分子层振子强度增大时,分子诱导手性表面等离激元的能力提高。当分子层厚度增加时,导致的共振模体积的增加同样提高了等离激元诱导能力;当金壳层厚度增加时,在分子层形成较强手性场,可诱导出较强的CD信号。

摘要： 研究并提出了在可见光波长范围内的表面等离激元波导吸收器.通过在金属-电介质-金属等离子体波导中央嵌入光子晶体异质结构设计出单向吸收器.对处于带隙范围内正向入射的电磁波,当表面阻抗条件匹配时产生光学Tamm态,其吸收率高达0.996.等离子体波导结构的几何非对称性导致不同入射方向的吸收效果不同.通过调整构成光子晶体的几何参数和电介质材料,可实现对吸收峰波长的调节.所提出的单向表面等离激元吸收器可在光学集成电路及太阳能电池等领域有潜在的应用.

摘要： 表面等离激元(SP)与多量子阱(MQWs)耦合可以有效提高绿光LED出光效率,其出光机理已经有相关报道.通过Laplace方程求解的局域表面等离激元模式标明,仅有偶极模式的能量出射,高阶模式能量在金属颗粒表面耗散掉,减少耗散的方法是采用金属颗粒之间的SP相互耦合.台湾杨志忠等人则认为量子阱中同时存在平行和垂直量子阱方向的偶极子与表面等离激元耦合,可以大大提高出光效率.相关的实验结果比较少.最近有报道认为激发阴极荧光(CL)的高能电子束可以近似为一串偶极子,其与金属颗粒的作用已经在实验上得到证实.成功制备了六角对称的Ag纳米颗粒的表面等离激元绿光LED，并用FDTD模拟探究了其阴极荧光发光机理。由模拟结果可知，最终的出光效率依赖于Ag颗粒对量子阱能量的散射和耗散速率比，而电子束与量子阱的激发强度比、相对位置、电子束与Ag颗粒之间的相对位置、Ag颗粒周围的介质环境都会影响到散射和耗散速率的比例关系，这些影响因素的揭示为表面等离激元耗散的减少提供了新的思路。

摘要： 本文研究了一种通过空间平面电磁波有效激励太赫兹平面人工等离激元的方法.为此,提出了一种类似维瓦尔第天线的结构用于将平面波接收为缝隙中的电场,然后利用梯度折射率材料进行必要的波矢补偿,进而通过缝隙中的电场高效转化为人工表面等离激元波.这种方案可以有效促进平面太赫兹人工表面等离激元器件和系统的发展.

摘要： 金属表面等离激元的激发需要满足特定的动量匹配条件.当电磁波从真空直接入射至金属表面时,由于不满足动量匹配条件,不能直接激发表面等离激元.基于电磁调控相干原子气体的特异光学性质,提出一种在金属平板表面直接激发表面等离激元的方案.在外加电磁场的耦合作用下,衬底原子介质层的介电性质可以被有效调控,从而使表面等离激元的激发条件达到满足.主要讨论了入射光场与微波场的相位差、微波场强度及原子气体的运动速率对体系激发表面等离激元的影响,并进一步研究了探测场反射率与透射率对相关参数的依赖关系.

摘要： 本文制备了单金属Ag、Au以及复合金属Ag-Au的纳米颗粒阵列，研究了各阵列的形貌和表面等离激元特性；将其应用于单晶硅太阳电池上，电池在共振波长以上波段的反射率降低，短路电流密度得到提高，显示了Ag纳米颗粒阵列有益的光捕获效果。

摘要： 采用原位表面增强拉曼光谱(SERS)技术,在具有分级结构的Au、Ag及Ag@PDA@Au微米颗粒上,以苯硫酚(BT)和HNO3为原料通过表面等离激元(SP)诱导实现了苯环硝化反应,而无需传统酸催化剂H2SO4的协助.实验结果和理论模拟表明苯环上发生硝化反应所得产物为对硝基苯硫酚(p-NTP).控制实验表明,纳米金属表面产生的SP在反应中作为一种局域热源,且不同基底对反应速率具有较大影响,Au表面上反应更迅速.提高激发激光功率能产生更强的SP热效应,加速反应进程.

摘要： 研究并提出了在可见光波长范围内基于光学Tamm态与谐振腔耦合的双通道表面等离激元单向吸收器.通过在金属-电介质-金属等离子体波导中央嵌入光子晶体异质结构和谐振腔,并分别形成光学Tamm态和谐振腔共振模式,当两者达到强耦合时,可产生模式分裂,实现对电磁波的双通道强吸收(吸收率分别为0.986和0.978).同时,由于该波导吸收器的几何非对称性,导致不同方向入射的电磁波吸收效果不同.通过调整构成吸收器的几何参数,调节两种模式的耦合强度,可灵活调节吸收峰波长.所提出的单向表面等离激元吸收器可在光学集成电路及传感器等领域有潜在的应用.

摘要： 高掺杂硅支持中红外表面等离激元,在生物传感和红外传感器等领域具有潜在的应用前景.通过Comsol有限元仿真研究了高掺杂硅纳结构在中红外波段的吸收特性,对比了金属与高掺杂硅纳结构的表面等离激元谐振增强特性的差异,为进一步考察其高掺杂硅的光热效应打下了基础.

摘要： 表面等离激元是自由电子限域在金属表面的一种集体电荷密度振荡,通过扫描探针显微镜,将约束在纳米尺度的表面等离激元极化并产生共振,可以在纳腔中产生极大增强的电磁场.利用纳腔等离激元的宽频、局域与增强特性,并结合扫描探针显微镜的极高空间和能量分辨能力,为在单分子尺度上研究激发以及激发态衰变特性提供了前所未有的手段和能力.如通过频谱匹配调控,近年来在单分子电致发光与拉曼散射方面取得了突破性进展,不仅实现了亚纳米空间分辨的单分子拉曼光谱成像,以及紧邻不同分子的光谱识别,而且首次在单分子水平上展示了分子间相干偶极耦合的实空间光学特征,从实空间上展示了分子间能量转移的相干特征等等.这些研究结果对了解分子激发态和动力学过程、分子间以及分子与环境间的能量转移,表面化学与光化学过程、甚至分子纠缠体系的构筑,都具有重要的意义和实用价值.

摘要： 采用基于有限元的数值模拟方法，研究了球状和半球状Al纳米颗粒阵列对μc-Si:H薄膜太阳电池光吸收的影响。结果发现：对于球状Al纳米颗粒阵列，影响电池光吸收的关键参数是P与R的比值，或者说是颗粒的表面覆盖度。当P/R=4～5时，球状Al纳米颗粒阵列具有较好的陷光效果，其中R=120nm，P=500nm时电池总的光吸收提高约20%。对于半球状Al纳米颗粒阵列，当R=125nm，P=375nm时，电池总的光吸收提高达24.5%，但半球状颗粒阵列对半径R的变化较敏感。

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： 一种制备多组分光催化剂的方法，包括从包含等离激元材料的前体和反应性组分的前体的前体溶液中诱导沉淀以形成共沉淀粒子；收集所述共沉淀粒子；和对所述共沉淀粒子进行退火以形成多组分光催化剂，该多组分光催化剂包含与等离激元材料光、热或电子耦合的反应性组分。

摘要： 本发明公开了一种表面等离激元编码单元及表面等离激元编码芯片。该表面等离激元编码单元包括：透明衬底和设置于透明衬底一侧的金属层；金属层包括至少两组编码组件；每个编码组件包括编码信号产生元件，编码信号产生元件包括第一狭缝和第二狭缝；每个编码组件还包括位于编码信号产生元件的两侧的第一编码信号接收元件和第二编码信号接收元件；每个第一编码信号接收元件以及每个第二编码信号接收元件均包括一组光栅结构，每组光栅结构包括至少两个凹槽；凹槽的延伸方向与第一狭缝的延伸方向之间的夹角不等于90°，且凹槽的深度小于金属层的厚度。本实施例提供的表面等离激元编码单元，可以实现更大的存储密度。

摘要： 本发明提供了一种等离激元光子源器件以及产生表面等离激元光子的方法。本发明的产生表面等离激元光子的方法包括：在介质层表面制备一层石墨烯，作为表面等离激元传播载体；在石墨烯上制备一层半导体层，从而使得介质层和半导体层共同构成等离激元光子源的波导层，以限制表面等离激元模式；在半导体层内部形成一层半导体量子点；利用外部激光照射半导体层，使得量子点受激辐射出的光子由于等离激元强耦合作用而转化成在石墨烯中传播的等离激元光子。

摘要： 本发明公开了一种石墨烯表面等离激元器件，其包括由导电周期性散射体‑介电层‑石墨烯层形成了类电容结构，从而通过导电周期性散射体，如一维/二维导电光栅来增大自由空间光的波矢，使之与石墨烯传导型等离激元的波矢相匹配，以激发石墨烯传导型等离激元；同时，可通过在石墨烯层和导电周期性散射体之间加载电压，即可调节石墨烯的电子浓度，从而实现石墨烯表面等离激元的动态调控，即该导电周期性散射体不仅作为石墨烯等离激元的激发结构，还同时作为石墨烯电子浓度调控的一个电极，以实现对石墨烯表面等离激元的动态调控。相应地，本发明还提供了一种用于石墨烯表面等离激元波导及相应的光电器件。

摘要： 本发明公开了一种人工局域表面等离激元回旋电子激射器及其实现方法。本发明由回旋电荷或回旋直流电子注在平面圆光栅上激发并放大人工局域表面等离激元模式；当人工局域表面等离激元TEn,1模式的谐振频率是回旋电荷旋转频率的n倍时，回旋电荷能够在平面圆光栅上激发并放大人工局域表面等离激元TEn,1模式；当人工局域表面等离激元TEn,1模式的谐振频率是回旋直流电子旋转频率的(n‑1)倍时,回旋直流电子能够激发出人工局域表面等离激元TEn,1模式；本发明具有同步互作用距离长、体积小、效率高、电子注易于获得、可行性高的优点，解决传统线性注真空电子器件中的电子注输运的问题。

摘要： 本发明公开了一种表面等离激元编码单元及表面等离激元编码芯片。该表面等离激元编码单元包括：透明衬底和设置于透明衬底一侧的金属层；金属层包括至少两组编码组件；每个编码组件包括编码信号产生元件，编码信号产生元件包括第一狭缝和第二狭缝；每个编码组件还包括位于编码信号产生元件的两侧的第一编码信号接收元件和第二编码信号接收元件；每个第一编码信号接收元件以及每个第二编码信号接收元件均包括一组光栅结构，每组光栅结构包括至少两个凹槽；凹槽的延伸方向与第一狭缝的延伸方向之间的夹角不等于90°，且凹槽的深度小于金属层的厚度。本实施例提供的表面等离激元编码单元，可以实现更大的存储密度。

摘要： 本发明提供了一种等离激元光子源器件以及产生表面等离激元光子的方法。本发明的产生表面等离激元光子的方法包括：在介质层表面制备一层石墨烯，作为表面等离激元传播载体；在石墨烯上制备一层半导体层，从而使得介质层和半导体层共同构成等离激元光子源的波导层，以限制表面等离激元模式；在半导体层内部形成一层半导体量子点；利用外部激光照射半导体层，使得量子点受激辐射出的光子由于等离激元强耦合作用而转化成在石墨烯中传播的等离激元光子。

摘要： 本发明公开了一种石墨烯表面等离激元器件，其包括由导电周期性散射体‑介电层‑石墨烯层形成了类电容结构，从而通过导电周期性散射体，如一维/二维导电光栅来增大自由空间光的波矢，使之与石墨烯传导型等离激元的波矢相匹配，以激发石墨烯传导型等离激元；同时，可通过在石墨烯层和导电周期性散射体之间加载电压，即可调节石墨烯的电子浓度，从而实现石墨烯表面等离激元的动态调控，即该导电周期性散射体不仅作为石墨烯等离激元的激发结构，还同时作为石墨烯电子浓度调控的一个电极，以实现对石墨烯表面等离激元的动态调控。相应地，本发明还提供了一种用于石墨烯表面等离激元波导及相应的光电器件。

摘要： 本发明公开了一种人工局域表面等离激元回旋电子激射器及其实现方法。本发明由回旋电荷或回旋直流电子注在平面圆光栅上激发并放大人工局域表面等离激元模式；当人工局域表面等离激元TEn,1模式的谐振频率是回旋电荷旋转频率的n倍时，回旋电荷能够在平面圆光栅上激发并放大人工局域表面等离激元TEn,1模式；当人工局域表面等离激元TEn,1模式的谐振频率是回旋直流电子旋转频率的(n‑1)倍时,回旋直流电子能够激发出人工局域表面等离激元TEn,1模式；本发明具有同步互作用距离长、体积小、效率高、电子注易于获得、可行性高的优点，解决传统线性注真空电子器件中的电子注输运的问题。