声子极化激元的电子能量损失谱研究进展

声子极化激元是晶体中的光学支声子与电磁波耦合形成的元激发,具有独特的中远红外介电响应、低损耗等特性,在波导、超透镜、增强的能量感应与传输等方面展现了巨大的应用潜力,因此近年来发展迅速.声子极化激元的主要实验研究手段是扫描近场光学显微镜技术,但由于缺乏合适的光源,目前在远红外波段的研究严重受限.此外,光子与声子之间大的动量失配问题也限制了光学显微镜激发大动量的声子极化激元.本文介绍了近年来扫描透射电子显微镜电子能量损失谱技术在研究声子极化激元方面的主要进展.相比于近场光学方法,电子能量损失谱具有大动量转移、宽频激发与探测、高空间分辨能力、高激发探测效率、多模式激发等优点,并且能在自支撑样品上测量,避免衬底影响.因此,基于此,研究人员取得了一系列重要研究成果,该方法已成为近场光学方法很好的补充.本文简要总结以上研究进展,并对下一步的研究前景进行了展望.     

钯纳米粒子体系中的近场耦合与SERS效应

利用广义米氏散射理论(Generalized Mie)从理论上系统研究了球形钯纳米粒子二聚体的线性光学性质及其表面增强拉曼散射效应. 计算表明, 粒子间的近场耦合效应对粒子对的吸收、散射和消光光谱影响显著, 其表面等离子体激元共振峰的位置随粒子间隔的变小而显著红移. 在耦合效应和尺寸效应的共同作用下, 钯纳米粒子二聚体中“热点”位的最大SERS增强因子可达到107~108, 表面平均SERS增强因子可达105~106. 通过对远场和近场的对比研究, 发现消光谱与粒子间的近场增强谱的谱型大致相同, 但消光谱的极值峰位与SERS的最大增强峰位之间存在一定的偏离, 这显示了表面等离子激元共振对远场和近场的不同影响, 我们对此进行了讨论. 相关结果对揭示远场与近场的关联性及探索过渡金属体系中表面增强散射的电磁场增强机理有较重要的科学意义.     

Landweber迭代近场声全息

在基于分布源边界点法的近场声全息理论基础上, 提出采用Landweber迭代正则化方法稳定近场声全息重建过程, 控制测量误差对重建结果的影响, 确保重建结果的有效性. 提出一种用于确定最优迭代次数的方法--辅助面选取法, 通过计算各次迭代所获得的辅助面上声压值与测量值之间相对误差的最小值来选取最佳迭代次数, 从而达到最佳的正则化效果. 对实际声源的实验研究, 一方面说明了测量误差对重建结果影响的严重性, 另一方面也验证了提出的最优迭代次数选取方法的有效性, 及采用Landweber迭代正则化方法控制近场声全息重建误差影响的有效性.     

常规材料与超材料间的近场辐射换热分析

研究了超材料参数对辐射热交换的影响, 同时分别选用超材料、铝、硼掺杂硅3 种材料, 计算并分析了两个半无限大物体光滑平行表面间的近场辐射换热. 数值计算结果表明,不同材料间的辐射热交换与对应的同种材料之间的辐射热交换相比, 辐射热交换的增强和减弱取决于材料的辐射性质. 本工作将为实际应用中材料的选择提供一定的参考价值.     

基于带限信号恢复算法的近场声全息分辨率增强方法

提出了一种基于带限信号恢复算法的近场声全息空间分辨率增强方法. 该方法利用实测全息面声压信号的波数域带限特性, 采用带限信号恢复算法——Papoulis- Gerchberg方法(PGA)对全息面声压信号进行插值, 从而等效地增加了全息面声压数据, 减小了测量间隔, 一定程度上恢复由于测量间隔太大而损失了的高波数成分, 从而有效地提高了全息图像的分辨率. 单点激励固支板声全息实验表明, 该方法可以有效提高近场声全息图像的分辨率.     

超短激光脉冲传输特性的量子相干操控与应用

光子学的主题之一是实现光子的有效操控. 光子晶体、量子光学、超快光学与微纳光学的发展使得像控制电子一样操控光子的发射与传播特性成为可能. 光子的精确操控还将为实现光能的高效存储与转换提供新的途径. 在评述周期排列吸收介质中超短脉冲激光的减速、存储与受控释放机理以及静止光场的应用的基础上, 探讨了周期排列共振吸收与放大介质的制作方案及其应用.     

高频GPS测定的汶川Ms8.0级地震震时近场地表变形过程

以龙门山断裂带下盘的四川GPS连续观测网高频(1 Hz)GPS观测资料为基础, 得出了2008年5月12日发生在四川汶川的Ms8.0级大地震的震时近场地表形变过程. 结果显示: 地震在近场产生的最大形变量明显大于震后位移, 破裂带北段各站水平分量震时先向震中方向运动, 后转折垂直于破裂带方向运动, 南段各站水平分量形变相对较小且基本为可恢复性变形. 各站垂向均先下沉, 然后呈周期性上下起伏波动. 将高频GPS所得位移与强震仪所得结果进行对比分析, 发现震动初期两者具有较好的一致性, 但中后期虽然相位基本同步, 但其振幅存在10 cm左右的差异, 其具体原因还需进一步研究论证. 此次记录到的汶川大地震近场地表变形过程, 可为进一步研究地表破裂过程和地震波的传播方式提供非常有价值的基础资料.     

几何相位调控的表面等离激元透镜的近场模式及其聚焦优化

表面等离激元是一种外界光场与金属表面自由电子相互作用的电磁模式,具有很强的近场电磁场特性.由于在近场区域可以超越衍射极限,因此对于设计光学近场聚焦器件具有重要意义.不同于广泛研究的圆环形、椭圆环形以及螺旋环形表面等离激元透镜,本文研究由多个矩形狭缝构成的圆环表面等离激元透镜及其近场模式.单个矩形狭缝产生的表面等离激元在向圆心传播的过程中会发生相干干涉,在特定位置处出现表面等离激元干涉环,其大小及空间位置与透镜狭缝单元的数量和透镜的尺寸大小有关.调节透镜的尺寸和数量导致干涉环消失时,透镜的聚焦效果最好.调节每个狭缝单元的空间转角可以产生表面等离激元的几何相位,最终实现表面等离激元透镜的中心聚焦,且干涉环消失时,聚焦效果最好.     

双掺杂LiNbO3:Fe:Cu晶体中的漂白效应及其非挥发性全息存储

首次观察到了双掺杂LiNbO3:Fe:Cu晶体中的漂白效应,并利用该效应实现了非挥发性全息存储.不同于通常的双掺杂铌酸锂晶体中观察到的光色效应,LiNbO3:Fe:Cu中的光致吸收率的变化呈现漂白效应,即当该晶体被紫外光照射后对可见光的吸收减少.基于这种漂白效应,提出并实验研究了一种新的记录方案以实现非挥发性全息存储.该方案包括两束相干红光的记录以及均匀紫外光和单束相干红光的固定等两个主要过程.实验结果表明,怍为一种新的物理机制,漂白效应可以实现非挥发性全息存储并具有高记录灵敏度和低光致散射噪声等特点.     

低维纳米材料的近场光学表征

光学显微术作为一种快速、无损的表征手段在材料研究领域得到了广泛应用,但是受光的波动性制约,传统远场光学显微术无法满足低维纳米材料表征对亚衍射极限空间分辨率的需求.近年来,随着散射式扫描近场光学显微术(s-SNOM)的发展进步,光学成像的空间分辨率已经达到10nm量级,突破了光学衍射极限.本文首先简要阐述了s-SNOM的成像原理,然后按照s-SNOM的工作模式分类介绍了其在低维纳米材料表征领域的应用研究进展,最后对s-SNOM技术未来的发展及应用进行展望.