Plasmonic Bloch oscillations and resonant Zener tunneling in subwavelength metal-dielectric-air waveguide superlattices

In this paper,we study the propagation properties of surface plasmon polaritons in plasmonic single-cavity superlattices and two-cavity superlattices which are composed of two kinds of alternately stacked subwavelength metal-dielectric-air waveguides with large dispersion.Theoretical predictions of plasmonic time-resolved Bloch oscillations existing in single-cavity superlat-tices and resonant Zener tunneling(ZT) occurring in two-cavity superlattices by the transfer matrix method(TMM) are well dem-onstrated by the numerical simulations on the propagation of SPPs pulse in the two kinds of superlattices by the finite-difference time-domain(FDTD) method.The two proposed superlattices can be conveniently fabricated by present nanotechnology,and the study may promote the realization of plasmonic BO and resonant ZT in nanoscale devices experimentally.     

Solving surface plasmon resonances and near field in metallic nanostructures: Green’s matrix method and its applications

With the development of nanotechnology, many new optical phenomena in nanoscale have been demonstrated. Through the coupling of optical waves and collective oscillations of free electrons in metallic nanostructures, surface plasmon polaritons can be excited accompanying a strong near field enhancement that decays in a subwavelength scale, which have potential applications in the surface-enhanced Raman scattering, biosensor, optical communication, solar cells, and nonlinear optical frequency mixing. In the present article, we review the Green’s matrix method for solving the surface plasmon resonances and near field in arbitrarily shaped nanostructures and in binary metallic nanostructures. Using this method, we design the plasmonic nanostructures whose resonances are tunable from the visible to near-infrared, study the interplay of plasmon resonances, and propose a new way to control plasmonic resonances in binary metallic nanostructures.     

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.     

金属-有机-金属电激发表面等离激元器件

在p型硅衬底上, 制备了金属-有机-金属(metal-organic-metal, MOM)电激发表面等离激元器件。器件结构是p-Si/Au/V₂O₅/NPB/Alq₃:DCM/Sm/Au, 掺杂DCM的Alq₃为发光层。高倍显微镜下, 器件侧面发光图像显示, 绝大部分光被限制在双金层结构波导中传播。采用微区共焦拉曼光谱仪, 分别测量了侧面出射的非偏振模式、TM模式和TE模式电致发光谱。TM模式强度约为TE模式强度的2倍。分析认为, 具有TM偏振特性的表面等离激元(surface plasmon polariton, SPP)在侧面电致发光中起重要作用。 发光体的能量耗散谱表明SPP模式能量约占总能量65%。利用时域有限差分法(finite-different time-domain, FDTD)对简化结构进行模拟, 得到了泄漏模和SPP模式的二维电场强度分布。     

基于金纳米颗粒等离子体共振吸收的典型四环素类药物分析方法

研究发现, 在pH 9.37 的BR缓冲体系中, 典型四环素类药物盐酸土霉素、盐酸多西环素、盐酸四环素、盐酸金霉素与氯金酸发生氧化还原反应生成的金纳米颗粒在500~550 nm 波长范围内显示出特征的等离子体共振吸收, 且吸光度值与四环素类药物的浓度在一定范围内呈良好的线性关系, 据此建立了测定四环素类药物的等离子体共振吸收分析新方法. 该方法能分别检测0.5~20, 0.5~16, 0.5~16, 0.5~20 μmol/L 范围的盐酸土霉素、盐酸多西环素、盐酸四环素和盐酸金霉素, 对应的检出限分别为0.20, 0.16, 0.15, 0.18 μmol/L. 对浓度为20.0 μmol/L 的盐酸土霉素进行了15 次平行测定, 其相对标准偏差为1.53%. 该方法成功用于合成样和片剂中土霉素的测定, 且根据溶液颜色变化实现了上述四环素类药物的三原色可视化定量检测.     

一种新的比色法测定维生素C

基于金纳米棒（AuNRs）的纵向表面等离子吸收峰（LPAW）的蓝移量（λL）、横向等离子吸收峰（TPAW）的红移量（λT）与维生素C（Vc）的浓度（CVc）的线性关系,以及溶液明显的颜色变化,建立了AuNRs非聚集比色传感测定Vc的新方法.其中,CVc在0.110-110μM范围内与λL呈线性关系,在85.0-425μM范围内与λT呈线性关系.该方法灵敏（检出限为0.021μM Vc,λL和172μM,λT）、线性范围宽,选择性好,可用于测定实际样品中Vc的含量,结果与聚集传感器相吻合.同时,探讨了非聚集比色传感测定Vc的机理.     

金属双纳米棒表面等离子体耦合共振特性研究

本文利用离散偶极子近似法,研究金纳米棒双体结构之间的表面等离子体耦合共振特性,发现当金属双纳米棒之间的排列方式和间距改变时,其表面等离子体共振消光峰发生红移或者蓝移,适当间距的金纳米棒双体结构可以产生更强的局域表面增强电场. 本文对于金纳米棒双体结构的计算结果对于金纳米棒在生物传感方面应用具有一定的参考价值.     

中空银纳米球的制备及其性能研究

新型的金属纳米粒子因为独特的由表面等离子体共振诱导(SPR)的光学性质和很多的潜在应用而受到社会广泛的关注。在具有SPR效应的贵金属纳米粒子中,中空纳米结构有一个很高的散射系数,其共振频率通过改变中空核的尺寸和壳的厚度可以很容易地被控制。本论文中拟采用电化学方法结合电偶置换法在高定向热解石墨(HOPG)及金膜表面制备不同尺寸具有中空结构的银纳米阵列,研究了中空银纳米阵列的局域表面等离子效应(L-SPR),为其在SPR定性和定量研究中的应用提供理论指导。     

钠纳米团簇的光吸收和体等离激元:理论分析

指出了体等离激元是一种重要的元激发,在固体里它不能与光波耦合所以无法用光波分波来研究,但是在团簇里由于边界的存在,情况不太一样.此外,光与物质之间的相互作用是非常根本的,但简单金属团簇在紫外光区的光吸收从未被实验研究过,尽管这方面的理论计算非常多.采用光倒空技术对N a20和N a92团簇进行了光吸收实验,覆盖了近紫外部分以及可见光范围(2.0~5.5 eV);实验还研究了其它一些团簇在近紫外范围内的吸收截面.在可见光部分N a20的实验数据与现有的数据非常吻合.除了表面等离激元在可见光区域很强的吸收峰外,还观察到紫外区域明显的光吸收.对吸收截面光谱进行洛伦兹拟合揭示了中心略高于4eV宽峰的存在,这个宽峰的频率与权重均与理论预测非常接近,被确定为纳米团簇"体等离激元"共振.这些吸收光谱是金属纳米团簇由光子激发的"体等离激元"集体电子态的首次实验观测与证实,这种实验现象只存在于有限体系.     

用于生化分析的SPR效应研究

研究了一种新的SPR生化分析系统,从SPR效应的原理入手,分析了SPR效应作生化分析时的特性,得出了光源和传感头的几何重要参数对SPR效应特性的影响,以LED作为光源,CCD作为光电探测器,FPGA为采集控制器设计中集成化的光学系统,整个系统结构紧凑,易于商用化。