基于金属光栅的谐振腔光增强现象的研究

设计了一种基于金属光栅的谐振腔,光栅的单元结构为三角形。利用时域有限差分(FDTD)方法对此结构进行了仿真,研究了光栅的周期、三角形的角度和谐振腔长度等参数对光增强性能的影响。利用SPPs的激发理论和Fabry-Perot效应理论对这种增强现象进行了理论分析,结果表明这种新型结构的谐振腔对特定波长的光具有增强效应。     

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.     

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.     

凹槽导体上的表面等离激元SPPs传输特性研究

紫外段的光波从空气里入射到导体上,除部分光被反射,导体同时也对光波进行了宽带吸收而产生溅射的表面等离激元SPPs, SPPs在导体表面产生了亚波长约束可形成强电场,其有超衍射、敏感传播面上的细微变化、磁响应增强等特色性能.文章采用Maxwell电磁场方程组,对紫外段光波在导体传播面上产生的等离激元SPPs机制、刻有一维周期凹槽导体上的微波段SPPs传输色散特性,进行了推导、计算,仿真出三维凹槽同轴波导的场分布,得出了在符合波矢匹配条件下,可把微波段的导行电磁波,通过波导的亚波长周期凹槽转化成SPPs传输.     

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.     

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.     

基于矩形谐振腔MIM波导结构的表面等离子体带阻滤波器

采用二维时域有限差分法(FDTD)设计并验证了一种新型的基于金属-介质-金属(metal-insulator-metal,MIM)多矩形谐振腔结构的表面等离子体带阻滤波器.该结构由一波导通道和一列平行排列于波导上方的矩形谐振腔组成.当矩形腔的长度对某一波长满足法布里-珀罗(F-P)谐振条件时,该波长的表面等离子体(Surface Plasmon Polaritons,SPPs)将进入腔内并发生耦合共振而被限制在其内,起到滤波的效果.通过调整谐振腔的长度和数量,可以方便地滤掉一个或多个不同波长的光波.与其他结构SPPs滤波器相比,此结构更具有简洁、滤过的波长更窄、更小的能量损耗等优点,该种滤波器可以应用于高集成电路等光学设备.     

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.     

纳米凹槽及其表面等离子体激元的透射研究

对两边带有凹槽结构的纳米狭缝透射进行研究,利用时域有限差分法进行计算模拟,讨论了凹槽个数对电磁波透过的影响。     

纳米结构的透射特性研究

对两边有对称凹槽结构的纳米狭缝的透射特性进行研究,讨论了凹槽的个数、宽度以及深度对平面电磁波透过率的影响.采用二维时域有限差分法进行数值模拟,给出透过率极大的条件.     

隔板对流系统中影响流动和温度特性的关键几何参数

有效提高热对流系统的传热效率是湍流热对流研究的重要目标之一.在对流装置中加入留有狭缝的竖直隔板可以产生传热效率增强现象,并且增强显著.隔板的加入增加了热对流系统的几何参数.本文采用直接数值模拟(DNS)对隔板对流装置的流动和温度特性进行计算研究,讨论隔板几何参数对流动特性的影响.研究结果表明,隔板局部区域几何尺寸相同则流动特性基本相同,装置的宏观宽高比对流动特性影响不大.对Ra=10~8,P_r=5.3的情况,通过大量不同几何参数系列计算数据分析发现,通道宽度b与狭缝高度d在满足b≥4d时,b对流动特性影响很小,狭缝高度d是控制隔板对流系统流动和温度特性的关键几何参数.狭缝水平流动为二维泊肃叶流动,与狭缝中的温度分布解耦.改变狭缝高度d对狭缝中流动速度的变化影响不大,但影响系统的流动流量以及整体温度分布特性,继而影响整体传热特性.     

表面等离子体亚波长光学的研究

表面等离子体激元是局域在金属表面的一种由自由电子和光子相互作用形成的混合激发态.改变金属表面的结构,SPPs与光相互作用的特性也会随之改变.所以,SPPs在光存储、光激发、显微技术和生物光子学等领域的应用受到日益关注.首先,介绍了SPPs的基本特性和表面等离子体亚波长光学研究热点,然后用微加工的手段制备了亚波长的环形和分形结构的样品,并用实验测量和传输矩阵的方法得出两级cross dipole分形结构在近红外和中红外的透过曲线,在1.72μm和5.2μm的波长处有两个强的透过峰,其透过率分别为36%和49%,理论和实验结果一致.     

亚波长十字型MIM等离子波导滤波器

运用时域有限差分方法(FDTD)方法数值研究了一种亚波长十字型金属—绝缘体—金属(MIM)等离子波导结构的透射属性.结果表明该结构的透射极小值与十字型切口的长度密切相关,表现出良好的滤波性质.十字型切口被直MIM等离子波导分为上下两段,每一段独立构成一个驻波谐振腔.当各段长度独立满足驻波谐振条件时,该结构均会产生透射极小值.     

凹槽通道中脉动流动强化传质的数值研究

对脉动流动强化凹槽通道中的传质进行了数值研究,探讨了雷诺数Re、斯德鲁哈尔数St、脉动振幅A以及凹槽的几何结构等参数对通道中流动和传质特性的影响.研究发现,受流体速度脉动的影响,凹槽中的漩涡发生周期性的形成和脱落,从而增强了流体间的相互掺混,这是强化传质的关键因素之一.在脉动流动下,通道内的传质能力得到很好地强化,尤其是凹槽内部的局部传质性能更佳.传质的强化效果随着Re和A的增大而增强,而且对于该模型存在最佳的St,它与凹槽的几何结构有很大关系.     

金属银膜复合亚波长矩形孔阵列的增强透射

金属纳米结构由于表面等离激元(Surface Plasmons, SPs)的激发,能够将自由空间的光辐射能量有效耦合到高度受限的表面模式,从而在金属表面纳米尺度范围内形成极大增强的局域场,对宽频带光的收集与激发具有重要意义.为实现金属纳米结构的宽频带高透射率,本文设计了一种复合矩形孔洞式金属微纳结构,并应用时域有限差分法(Finite Difference Time Domain, FDTD)研究了该结构的透射特性.结果表明,与单孔洞阵列相比,该复合孔洞式结构具有光场增强及可调节性等诸多优势,且在透射光谱中可产生多个透射峰.矩形孔洞长度与宽度是影响光透射的主要因素:随着矩形孔洞宽度b的增大,该结构的最大透射率由中心波长526 nm对应的79.7%增大到中心波长为611 nm时对应的88.3%,透射带宽与透射率均有所提高;而矩形孔长度a的变化则会产生奇特的多峰值现象,透射率最高达到93%,透射峰的半高宽最大为354 nm.此外,本文还讨论了中心方孔的边长对该结构阵列透射特性的影响.该研究结果对增强光学透射理论研究的进展以及在新型光学传感器、滤波器、光学透明电极等领域的应用发展有一定的指导意义及应用价值.     

滤光片、狭缝宽度和激发波长对荧光分析法测定铀酰离子信噪比的影响

本文以铀酰离子—磷酸体系荧光分析法为例,探讨了荧光分光光度计仪器参数—滤光片,两侧狭缝宽度、激发波长等对信噪比的影响。实验表明:上述三个仪器参数对信噪比影响很大,通过选择仪器参数的最佳组合,可使信噪比提高2—3倍。主要经验为:(1)正确选择滤光片、可消除瑞利峰、拉曼峰等。杂散光干扰;(2)单纯加大狭缝宽度不能使信噪比提高,必须结合激发波长的选择、寻找使信噪比最大的最佳组合;(3)荧光测定肘,一般选用较大的激发侧狭缝与较小的荧光侧狭缝;(4)激发波长不一定选用最大激发峰波长,应结合两侧狭缝宽度对激发光谱的影响来选择最佳匹配。总之,荧光分光光度计仪器参数的正确选择,是提高信噪比,降低检出限的重要途径,已往常被人们忽视。     

亚波长周期性金属狭缝结构的透射行为

利用时域有限差分法对亚波长周期性银狭缝结构的中红外透射率进行了数值研究,并通过考察电磁场和坡印廷向量分布对TM波垂直入射条件下所选择狭缝结构的透射行为进行了深入探讨.研究结果表明,对于无附加特征的狭缝结构而言,透射率随波长的增大而单调增加,与狭缝宽度的大小不成正比.当银狭缝结构在狭缝开口处带有附加特征时,附加特征的布置方式和边长大小对于透射率的影响随狭缝宽度的变化而有所不同.根据电磁场和坡印廷向量分布分析可知,透射率的变化是由于发生在狭缝内部的腔共振效应所致.     

金属亚波长小孔的光传输特性仿真模型

用三维全矢量有限元时域差分方法计算了亚波长单孔以及二维周期性孔阵列的超透射特性,分析了平面波光源通过金属圆孔点阵后,透射曲线随着点阵周期、孔径、金属薄膜厚度、介质材料和金属材料变化的规律,以及局域表面等离子体和表面等离子体共振对超透射现象的影响.证实了表面等离子共振对透射曲线中透射谷的位置起到决定性作用,而透射峰的位置除了受到介质、金属材料和点阵周期的影响之外,还会随着金属薄膜的厚度的减薄和亚波长圆孔孔径的增大出现红移.用聚焦粒子束刻蚀制备了金/氧化硅演示结构,实测与仿真结果具有较好的一致性.     

孔阵形状对周期孔阵金属薄膜透过率的影响

采用高频结构仿真软件对中红外波段周期结构金属薄膜的光透射增强现象进行了数值模拟.通过对圆形、椭圆、正方形以及长方形4种不同孔阵金属薄膜的仿真得出,金属微孔的几何形状对透过率增强有着重要的影响.当椭圆或长方形金属孔阵长短径比例增加时,透射峰随着比例的增大红移;比较4种金属薄膜的透射峰移动情况发现,长方形和椭圆的形状效应较为明显.上述结果显示局域模式在透射增强现象中起了重要的作用.此外,我们还对长方形和椭圆孔阵列在不同偏振光入射下的光透射性质进行了模拟.     

多孔氧化铝膜的制备及其光学性质

提出了一种制备具有周期结构金属薄膜的新方法--阳极氧化法制备多孔氧化铝膜.以草酸为电解液,制备出了几种表面孔径不同的多孔氧化铝膜,并在其表面镀银制得样品.用场发射扫描电镜观察多孔氧化铝膜的表面形貌,并采用光谱仪测定了样品的透射光谱.研究发现,由于表面等离子激元波(surface plasmon polaritons, SPPs)的作用,在可见光波段观察到了透过率异常增强现象.