金属圆孔阵列的非共振增强透射

基于非共振原理的光异常透射现象(EOT)可以实现宽频带透射,对宽频带光收集与激发具有重要意义.为实现宽频透射,本文设计了亚波长金属圆孔阵列,并应用有限元方法研究了该结构的透射特性.结果表明,金属圆孔阵列可实现宽频透射.此外,本文还研究了入射光偏振方向、圆孔半径以及横向周期对金属圆孔阵列透射特性的影响.这些结果对设计非共振宽频透射的金属孔洞结构具有一定的指导意义.     

Kerr非线性效应对通过金膜狭缝阵列透射特性的影响

基于严格的有限时域差分方法, 研究了填入非线性Kerr介质的金膜狭缝阵列的增强透射特性. 结果表明： 在所研究的波长范围内出现的共振透射峰是表面等离子体共振和局域波导共振共同作用的结果. 详细分析了金膜狭缝阵列中填充的非线性介质的厚度、三阶磁导率、线性折射率以及入射光强对透射特性的影响. 发现填充在金膜狭缝阵列中的非线性介质的厚度、三阶磁导率、线性折射率和入射光强度等参数的微小变化就能导致透射共振峰的峰值和峰中心波长的明显改变. 这些研究结果或许有助于设计精确光开关等光子器件.     

银膜亚波长圆孔阵列仿真模型的改进

基于常规的有限元时域差分法(FDTD)对银膜亚波长圆孔阵列的光透射增强现象的模拟,与实验结果的差异较大,限制了FDTD在圆孔阵列超透射现象上的应用.采用三维全矢量FDTD,改进模拟结构,适当地选取和设置边界参数后,消除了空气-介质界面的影响并大大改善了透射峰峰形,使得FDTD能清晰地反映出相关界面对光传输的作用,有利于对超透射现象进行更详尽的研究,从而指导并应用于光开关元件、滤波器等的设计和开发.对银膜亚波长圆孔阵列仿真模型的改进,有助于对超透射现象的本质研究,使建模简单、运算速度较快的FDTD方法获得更广泛的应用.此外,对周期边界参数的讨论为深入研究斜入射情况下的超透射现象提供了理论支持.     

多层膜金属狭缝阵列的光学异常透射特性

本文设计了多层膜金属狭缝阵列,并用有限元方法研究了该阵列的透射特性.结果表明,与传统的单层薄膜金属狭缝阵列相比,多层膜金属狭缝阵列可以实现介质层内局域电场增强,并在透射光谱中产生多个透射峰.此外,本文还研究了介质层的厚度、位置周期等对多层膜金属狭缝阵列透射特性的影响,这些结果将对调节透射峰的位置及更深刻理解多层膜金属狭缝的光学异常透射现象具有一定的指导意义.     

亚波长孔阵透射增强特性的FDTD数值仿真

 推导出了一种基于有损耗的Drude色散媒质模型的三维时域有限差分法（FDTD）.用该方法对金属亚波长圆形周期孔阵的透射增强特性进行了研究.数值仿真计算了金属板厚度、孔的大小、基底介质、孔中填充不同折射率的介质和孔阵的周期等对孔阵透射率的影响.数值计算结果表明,亚波长孔阵的透射系数随孔的变大而增大,随孔阵周期的变大而减小,在金属前后介质匹配时最大,孔中填充高折射率的介质可以增强透射能力.     

三明治型多层膜楔形金属狭缝阵列的宽频透射

基于非共振原理的异常光学透射(Extraordinary Optical Transmission,EOT)现象可以实现宽频带透射,对宽频带光子器件的设计具有重要意义.金属狭缝纳米结构由于结构简单、易于集成、耦合效率高,常在纳米结构器件中用于构建光源.但金属亚波长狭缝结构一直存在透射率低的问题.为实现金属狭缝的宽频带高透射率,本文设计了三明治型多层膜楔形金属狭缝阵列,并应用有限元方法研究了该结构的透射特性.结果表明:与单层膜楔形金属狭缝阵列相比,多层膜楔形金属狭缝阵列在透射光谱中可产生多个透射峰,并且在红外波段可实现增强透射和宽频带透射;由于楔形狭缝从入射口到出射口逐渐变细的结构特点,狭缝从入口到出口阻抗逐渐变化,在介质层内及狭缝出口可实现局域电场增强.此外,本文还研究了楔形狭缝入口宽度、介质层厚度、介质层位置、金属薄膜总厚度及狭缝周期等对多层膜楔形金属狭缝阵列透射特性的影响.研究结果将对设计具有宽频带透射的多层膜结构及在纳米光源设计、集成光路研究、光电子电路应用方面有一定的指导意义.     

纵向多矩形腔表面等离子体滤波器研究

 提出一种新型的纵向有多个矩形腔的表面等离子体滤波器,采用时域有限差分方法(FDTD)分别研究了单个腔、2个腔和3个腔的透射性质,发现单个腔中F-P共振导致了透射峰;在单个腔中间增加一层金属薄膜构成2个腔,原来单腔的透射峰出现劈裂或者消失,劈裂间距受结构参数变化影响;结合近场分布和理论分析,认为长短表面等离子体共振导致了劈裂.     

多层聚合物膜系高灵敏度表面等离子体共振传感理论研究

基于光学Kretschmann棱镜结构,建立了表面等离子体共振(SPR)传感器模型并进行了模拟计算,得到了基于聚乙烯和聚丙烯酸的多层膜系的SPR传感器共振光谱中共振波长随共振角度的演化.模拟分析表明,聚合物的厚度增加导致共振峰的红移,最佳厚度为100nm左右;聚合物薄膜可实现SPR共振峰的可控的红移和传感检测,聚乙烯相对于聚丙烯酸有较高分辨率;金纳米颗粒具有增强表面等离子体共振信号的作用,共振波长因其填充因子的增大而发生红移现象,半峰宽明显变宽,填充因子最佳值为0.2.     

基于Hilbert分形曲线的电磁超材料的共振特性

超材料具有天然材料所不具备的特殊电磁特性。基于分形曲线的超材料因其展现出深度亚波长与多带特性,引起广泛关注。主要研究了Hilbert分形曲线在微波频段传播的电磁特性,并对各阶曲线透射谱频率以及共振电流分布特点进行了研究,发现Hilbert分形曲线结构总长度与共振频率的波长满足近似条件下的半波理论。同时,研究了曲线结构尺寸相对于基模共振波长的亚波长特征。     

亚波长铌酸锂薄膜导模共振结构设计及二次谐波转化效率优化

基于亚波长铌酸锂薄膜刻蚀导模共振超表面结构,理论模拟了超表面结构的光学响应特性,探讨了刻蚀微纳结构的周期、填充因子和刻蚀深度等参量对透射光谱的影响,同时研究了不同偏振态和入射角度的光源对光谱线宽的作用;利用非对称的光栅结构设计,使连续谱中的束缚态(bound states in the continuum, BIC)衰退为高Q值(>10 000)的准BIC模式;利用束缚态的局域场增强效应,将亚波长铌酸锂薄膜的二次谐波转化效率提升了5个数量级.模拟结果表明,当入射基频波的峰值功率密度在约1 GW/cm²量级时,可实现紫外波段二次谐波高效转化,即单次穿过亚波长铌酸锂薄膜后,出射的紫外波段二次谐波转化效率高达10^-3量级.这为提升微纳结构、光学表界面体系的非线性响应特性提供了思路和设计方案.     

基于金属-介质-金属阵列的折射率传感(英文)

提出一种基于金属-介质-金属阵列结构折射率传感器.在可见光及近红外光区域内,由于表面等离子效应,入射波在特定频率时可以通过一个无缝的金,在80 nm厚的金膜上可以得到近100%的透射率.仿真结果表明传感器对周围液体的折射率变化也很敏感,这些发现可以得出一个新的、简化的替代方法,使传感器更加小型化.     

表面等离激元的操控:原理与研究进展

近年来表面等离激元在物理学、生物学等领域的应用有非常显著的进展. 本文针对表面等离激元在集成光路发展中的应用,重点介绍其传输、增益及传输损耗补偿、开关与调制等操控原理与特性等方面的研究进展.     

Transmission resonances through aperiodic arrays of subwavelength apertures

Resonantly enhanced light transmission through periodic subwavelength aperture arrays perforated in metallic films has generated significant interest because of potential applications in near-field microscopy, photolithography, displays, and thermal emission. The enhanced transmission was originally explained by a mechanism where surface plasmon polaritons (collective electronic excitations in the metal surface) mediate light transmission through the grating. In this picture, structural periodicity is perceived to be crucial in forming the transmission resonances. Here we demonstrate experimentally that, in contrast to the conventional view, sharp transmission resonances can be obtained from aperiodic aperture arrays. Terahertz transmission resonances are observed from several arrays in metallic films that exhibit unusual local n-fold rotational symmetries, where n = 10, 12, 18, 40 and 120. This is accomplished by using quasicrystals with long-range order, as well as a new type of 'quasicrystal approximates' in which the long-range order is somewhat relaxed. We find that strong transmission resonances also form in these aperiodic structures, at frequencies that closely match the discrete Fourier transform vectors in the aperture array structure factor. The shape of these resonances arises from Fano interference of the discrete resonances and the non-resonant transmission band continuum related to the individual holes. Our approach expands potential design parameters for aperture arrays that are aperiodic but contain discrete Fourier transform vectors, and opens new avenues for optoelectronic devices.     

人工表面等离激元馈电的宽带低旁瓣全角度波束扫描天线

提出了一款人工表面等离激元馈电的宽带全角度低旁瓣波束扫描天线。采用人工表面等离激元馈电卵圆形辐射贴片阵列和对跖Vivaldi辐射器，在快波区激发高次谐波实现漏波辐射，在慢波区呈现低损耗能量传输效果激励对跖Vivaldi的端射模式，从而实现了在4~12 GHz（相对带宽100%）内全角度（180°）波束扫描。进一步，通过对卵圆形辐射贴片进行锥形排布降低了天线在漏波辐射时的旁瓣水平。仿真结果表明，所设计的全角度波束扫描天线能够在4~12 GHz内旁瓣水平均在-10 dB以下。该天线在雷达探测、目标跟踪等应用场景具有重要应用潜力。     

用于SPR阵列检测的微流体池流场分布

保证微流体池的流场分布一致性是实现高精度表面等离子体共振阵列检测的一个重要条件。该文首先通过数值模拟,分析了几种不同张角对流场分布的影响,利用聚二甲基硅氧烷设计并制作了一种微流体池。在此基础上,利用显微微粒成像测速法,选择不同的位置,测量了该流体池的特定截面上的流速。理论分析与实测结果表明：流体池的流动为层流;当张角为...     

基于金属表面等离子激元的侧耦合半圆形腔-波导透射谱分析

设计了一种新型的基于金属表面等离子激元（Surface Plasmon Polaritons,SPPs）的亚波长金属-介质-金属型滤波器.该滤波器由一个半圆形谐振腔和一个直波导组成.使用时域耦合模理论和传输变换矩阵方法对结构进行理论分析,并通过时域有限差分方法(the finite difference time domain method,FDTD)进行数值模拟得出光谱响应.讨论了几何参数对透射曲线的影响, 并设计了一种双腔结构来获得高对比度的透射曲线.     

基于变曝光时间图像采集法提高SPR相位成像检测灵敏度

提高表面等离子体共振（SPR）阵列检测的灵敏度是蛋白质组学和药物发现与开发的迫切需要。提出了一种基于五步移相时域调制相位干涉成像的变曝光时间图像采集法,通过增大信号幅值来提高光强测量信噪比。在一个相位测量周期的5帧图像中,每帧图像都采用不同的曝光时间,使得每帧图像的灰度值达到最大,从而提高光强测量的信噪比,保证相位成像...     

矩形阵列涡流传感器设计与实现

提出一种单激励发射接收式阵列涡流传感器模型。在对该传感器进行原理分析的基础上,通过有限元仿真分析及实验验证了该阵列涡流传感器在扫描铝板表面及下表面裂纹过程中9个检测线圈对裂纹长度进行定量的能力;并且采用聚类分析方法对9个检测线圈按灵敏度进行分类。再通过对各个检测线圈的检测数据进行数据融合,减小误差,提高了该阵列涡流传感器的检测精度。     

局域表面等离子体研究进展

阐述了局域表面等离子体特性,金属纳米粒子的常用制备方法,以及不同形状、尺寸等因素对局域表面等离子体光谱和灵敏度的影响,分析了表面增强拉曼散射的增强因子与金属纳米粒子的等离子共振波长和拉曼激发波长之间的关系,介绍了局域表面等离子体在生物传感方面的应用.