表面等离子体辅助光传送的实验研究

表面等离子体光学是光学和电子学在纳米尺度的连接桥梁, 在基础物理研究领域和量子信息领域都具有重要意义, 因此越来越引起人们的广泛关注. 介绍了在研究表面等离子体辅助光传送过程中所取得的一些结果.     

Ag纳米孔阵列中的表面等离子体特性及其相关光学性能

Ag纳米孔阵列因为反常光学透射现象而在基础研究领域和应用研究领域受到广泛关注。目前有关金属孔阵列结构EOT现象的起因还没有得出一个完整清晰的物理机制,这是由于金属孔阵列中存在着复杂的表面等离子体特性。论文基于时域有限差分技术,采用FDTD Solutions软件对Ag纳米孔阵列的光学性能与孔的形状、孔阵列的周期以及薄膜厚度间的关系进行了仿真研究,并对光学现象背后的物理机制——Ag纳米孔阵列中的表面等离子体耦合特性进行了仿真分析。研究结果表明:局域表面等离子体共振和表面等离子体激元间的耦合将会对Ag纳米孔阵列的光学性质产生重要的影响,其中孔形对局域表面等离子体共振和表面等离子体激元间的耦合影响巨大。Ag矩形纳米孔阵列展现出了有趣的光学行为:上、下表面金属表面等离子体激元间的反对称耦合模式,以及靠近矩形纳米孔两长边的局域表面等离子体共振间的反对称耦合模式分别被激发了。     

长程表面等离子体共振生物传感器的制备与应用

长程表面等离子体共振(LRSPR)是超薄金属膜两侧的衰逝场发生耦合后所形成的一种新型表面光学现象.与传统的表面等离子体共振(c SPR)相比,LRSPR的表面衰逝场具有更强的表面电磁场强度、更长的表面传播距离以及更大的穿透深度.因此,基于LRSPR现象的生物传感器被认为特别适合细胞或细菌等较大生物分子的检测及行为研究.为了更好地了解LRSPR生物传感器的最新研究进展,本文总结了LRSPR的光学原理、生物传感芯片的制备以及LRSPR传感器在生物检测领域的最新应用.     

混合型表面等离子体波导中光学参量放大的研究

本文研究了利用泡克尔效应在各向异性材料与金属构成的混合型等离子体波导中实现光学参量放大的过程。研究表明,表面等离子体作为泵浦光可以通过TypeII方式实现相位匹配,使泵浦光的能量转移到表面等离子体模式中,放大表面等离子体,从而实现表面等离子体模式远距离传输。     

纳米金属颗粒与棒之间的耦合研究

金属亚波长纳米颗粒之间表面等离子体耦合由于其新颖的理论和传感等方面的应用前景,已成为一个光学领域的研究热点.应用三维时域有限差分法模拟研究了相邻的金属纳米颗粒和金属纳米棒之间共振模式的耦合情况.考虑颗粒与天线的不同结合情况,模拟计算整个结构衰减谱的变化以及电场分布.颗粒和金属棒之间的表面等离子体出现串联和并联耦合模式.当相对位置发生变化时,两者之间的耦合模式发生不同的变化.颗粒之间的耦合模式不同,导致了不同的散射光,在传感等应用方面具有一定的参考价值.     

基于FDTD的金纳米粒子消光特性仿真研究

探究金纳米粒子局域表面等离子体共振(LSPR,Localized surface plasmon reso-nance)现象的规律,为以后依附于LSPR生物传感器的研制提供理论参考数据.基于时域有限差分法(FDTD)对金纳米粒子进行消光特性仿真分析.此项目对于系统研究纳米量级结构和引起光学性子变化的局部环境因素,以及预测的结构变化等起到了十分重要的作用,通过实验,若纳米结构的光学性质可调试,则可以在后续应用于许多领域.     

2020年光学热点回眸

回顾了光学领域在2020年的重大进展,盘点了微纳光学、强激光与超快光学、超分辨与成像技术、量子计算与光学通信、光束传输、生物光子学、量子光学、紫外光源、光束整形与探测、等离子体光学、人工智能、光伏光电、涡旋光和孤子光学等14个光学技术研究领域的重大进展,探讨了其在未来可能会对人类生存及生活方式产生巨大影响.     

介质阻挡放电中等离子体子弹的速度

利用针板介质阻挡放电装置,采用光学方法对大气压长间隙空气放电的等离子体羽特性和等离子体子弹速度进行了研究.结果表明:改变外加电压等离子体羽长度会发生变化.利用光电倍增管采集光信号对等离子体子弹速度进行了研究,发现等离子体子弹的速度与针板间距、外加电压以及针尖直径有关.利用光谱仪采集放电的发射光谱,发现放电等离子体中存在OH自由基、氧原子等多种活性粒子,表明该放电在生物医疗领域具有重要的应用价值.     

非线性光学研究新进展

非线性光学的研究包括从物质与激发的相互作用的基本原理到用于光通信、医疗及生物技术的设备、元件和系统的研究。近些年来,围绕非线性光学的基础理论与应用研究主要集中源技术、光通信技术及材料的非线性调控等几个方面。在激光光源方面,强场和阿秒非线性光学得到了广泛的研究,白光激光光源也得到了人们的关注;在光通信领域,通过微纳结构光波导的设计来调控其色散特性,达到信号无损传输或光路集成的应用目的;而光学非线性研究离不开材料,因此,微腔和表面等离子体调控光学非线性成为人们研究的热点。     

表面等离子体激元波导测量材料的折射率

利用表面等离子体激元不仅可以实现在纳米尺度上操控光子,而且为发展更加微型化、集成化的光波导等光学元器件提供了有利条件.如果表面等离子体激元波导金属薄膜一侧材料的折射率已知,那么利用表面等离子体激元的场增强效应就可以对另一侧材料的折射率进行高灵敏度的探测.作者利用Mathematica软件对表面等离子体激元波导如何测量衬底一侧材料的折射率进行了模拟,得到了物质折射率与模场分布和反射谱峰值之间的关系,为理解表面等离子体激元波导的测量机理提供了思路.     

铝靶表面及附近空气光学击穿研究

该文分析了调Q激光引诱铝靶表面及附近空气光学击穿的物理机理,并利用马赫干涉仪和光学延迟装置探测了在这一过程中产生的等离子体和冲击波,获得了序列多幅的等离子体及冲击波产生和发展的马赫干涉图,并讨论了靶表面空气击穿的起因。     

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.     

河北大学“光学工程”学科介绍

正河北大学"光学工程"学科是在"光学"学科的基础上发展起来的(1981年获批国内首批光学硕士点).从20世纪50年代起,该学科即开始从事光电领域的研究,曾成功研制出中国高校第一台He-Ne激光器和激光指示器,荣获北京军区科技奖和全国科技大会奖.近年来,等离子体斑图动力学研究、数字医疗成     

碳化硅零件氧化辅助抛光超精密加工的研究现状

通过等离子体氧化、热氧化、电化学氧化在碳化硅基材上获得软质氧化层,利用软磨粒抛光实现氧化物的快速去除,有利于提高材料去除效率、提升加工表面质量。研究发现,通过等离子体氧化辅助抛光,表面粗糙度RMS和Ra分别达到0.626nm和0.480nm;通过热氧化辅助抛光,表面粗糙度RMS和Ra分别达到0.920nm和0.726nm;在电化学氧化中,基于Deal-Grove模型计算得到的氧化速度为5.3nm/s,电化学氧化辅助抛光后的表面粗糙度RMS和Ra分别是4.428nm和3.453nm。氧化辅助抛光有助于烧结碳化硅加工工艺水平的提升,促进碳化硅零件在光学、陶瓷等领域的应用。     

氩气等离子体刷放电特性及其对PET表面改性的实验研究

在直流电源激励下,利用大气压等离子体刷产生了脉冲形式的均匀氩气放电等离子体羽.结果表明,等离子体羽成片状,且随着氩气流量的增加,片状等离子体羽的长度增加.利用该氩气等离子体刷,对聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)表面改性进行了研究.发现经过等离子体刷一次扫描之后,可在宽度为24.0 mm的范围内改善PET表面的亲水性.进一步的研究结果表明,样品表面的水接触角随着气体流速的增加而减小,最终达到一个几乎不变的值.在扫描电镜下,观察到改性后的PET表面出现了含氧极性基团.并且,含氧极性基团的数量和尺度随着气体流速的增加而增大.这些研究结果对于大气压等离子体刷在等离子体表面改性方面的应用研究具有重要意义.     

大气压辉光放电等离子体薄膜表面改性后的退化现象研究(英文)

由于薄膜材料表面的惰性特质影响了其更为广泛的应用,因此,研究如何改变薄膜表面特性而不影响其主体特性就显得尤为必要.文章采用大气压He/N2和He/O2辉光放电等离子体对双向拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜进行表面改性.BOPP膜表面的亲水性和功能性在等离子体处理后得到了极大改善.重点研究了等离子体处理后的BOPP膜表面随存放时间的退化演变.研究结果表明:等离子体处理后的BOPP膜表面在存放时间内有疏水性恢复发生,然而,该BOPP膜表面的亲水性仍比等离子体未处理过的BOPP膜表面的亲水性要好得多;X射线光电子能谱仪检测到的等离子体处理过的BOPP膜表面的元素成分随存放时间也发生变化,表明薄膜表面的疏水性恢复可能是由于薄膜中的不稳定添加物从薄膜主体向表面扩散而导致的,而且由等离子体引起的薄膜表面的N元素相关功能团可能并不是高交叉链接的.     

局域表面等离子体增强锗的光电响应特性

局域表面等离子体共振(local surface plasmon resonance,LSPR)因其对光独特的响应特性而在纳米光电子领域成为研究的重点.作为重要的微电子材料,锗在近红外波段的光电响应较弱,而把局域表面等离子体应用在锗材料中,必然会改善锗的光电响应特性.利用时域有限差分(finite difference time domain,FDTD)法,详细研究了1,2,3个银纳米颗粒嵌入锗中的消光光谱.结果发现,在可见光以及近红外比较宽的波长范围内,这种复合结构可以有效增强锗的光电响应特性,且多个孤立的银纳米颗粒会表现出与1个银纳米颗粒不一样的光电响应特性.同时,LSPR导致的光响应特性与光源的偏振、颗粒尺寸、颗粒个数以及颗粒之间的距离有依赖关系.这一结果不仅对锗在光电子领域的应用有重要意义,也可以拓宽局域表面等离子体在纳米光电子领域的应用范围.     

介质表面的辉光放电特性

为产生大面积片状等离子体,实验研究了在介质表面的直流放电氩等离子体特性. 测试了共面电极和对面电极两种结构下的放电伏安特性曲线和等离子体发光图像,讨论了介质表面效应对电场分布和放电特性的影响. 结果表明,这两种电极结构具有相似的放电特征,等离子体通道紧贴介质表面;二者伏安特性曲线基本相同,它们随放电条件的变化规律也比较相似,但与传统平板电极直流放电特性不尽相同. 介质表面影响电场分布和电荷损失机制,因而影响放电特性. 介质表面共面和对面电极结构可以产生高密度平面等离子体.     

微等离子体喷枪及其应用

 微等离子体喷枪是一类重要的微等离子体源,已成为近年国际上低温等离子体研究的热点课题之一。与常规等离子体喷枪相比,微等离子喷枪具有低功耗、低温度、高密度等特性。由于电极间隙小,适合于高气压或大气压下运行,因而微等离子体喷枪具有体积小、易于集成、便携等优势。目前研制的微等离子体喷枪主要有直流微空心阴极型、高频微DBD型、射频电容耦合型、射频电感耦合型、微波耦合型等放电形式。现阶段,微等离子体喷枪已在半导体制造领域、生物医学领域、航天推进领域进入了实用化阶段。本研究组研究制作了高频微DBD和射频电容耦合型结构的喷枪,将其应用于光刻胶去胶、材料表面改性及微生物灭菌领域,并对喷枪的放电特性进行了研究。基于本研究组的实验研究,本文综述了已有的各种微等离子体喷枪,介绍了各种微等离子体喷枪的结构和工作原理,以及在不同领域的研究和应用状况。     

大气等离子体加工熔石英技术研究

为了高效获得无亚表面损伤的超光滑光学表面,提出了大气等离子体加工技术。它的工作原理是在大气压环境下通过等离子体中的活性粒子与工件表面原子发生化学反应实现材料去除,可以避免传统光学加工方法中机械接触应力带来的亚表面损伤问题。本文基于光谱定量分析原理和红外测温原理,研究反应气体含量、输入功率、加工距离和加工时间等因素对光学材料熔石英去除率的影响规律。实验结果表明,当CF4的含量为3.5%时,熔石英的去除深度每分钟最高达3.5μm,远高于目前的传统抛光工艺效率;加入适量的O2能进一步提高去除率;去除率与输入功率在一定范围内呈线性关系,且不随加工时间变化。