设计了基于SiO2薄膜间隔的金纳米锥与金薄膜耦合结构表面等离子体共振折射率传感器。使用时域有限差分法研究了复合结构中的表面等离子体共振模式，复合结构不仅能够激发局域表面等离子体共振，也可激发传播表面等离子体共振。入射电磁波的能量部分通过单个金纳米锥耦合到局域表面等离子体，部分通过金纳米锥阵列二维光栅耦合到传播表面等离子体。在待测物折射率1.30~1.40的范围内，对复合结构的反射光谱进行了模拟研究，发现共振波长与分析物折射率呈线性关系，且由于局域和传播表面等离子体的高效激发，反射光谱共振峰处的反射率几乎为零。此外，在最优的金纳米锥几何参数下，传播表面等离子体共振模式的半高全宽非常窄，灵敏度和品质因数分别达到770 nm/RIU和113 RIU?1，具有良好的折射率传感性能。所设计的复合结构作为表面等离子体共振传感器有望广泛应用于生物检测领域。
金纳米锥 金薄膜 表面等离子体 折射率传感 gold nano cone gold film surface plasmon refractive index sensing
1 安徽师范大学光电材料科学与技术安徽省重点实验室, 安徽 芜湖 241000
2 巢湖学院电子工程学院, 安徽 巢湖238000
为了揭示液相基质激光诱导击穿光谱(LIBS)与固相基质LIBS特性差异的产生机理,采用液体射流取样技术,利用脉冲激光烧蚀CrCl3水溶液产生激光等离子体,研究了等离子体中Cr元素发射光谱、等离子体电子温度和电子密度的空间演化特性。结果表明:相对于固相基质等离子体,液相基质激光等离子体存在明显不同的空间演化特性,在激光束传播方向上,等离子体可以沿着激光束传播方向膨胀至距离射流表面0.8 mm处;等离子体羽发光区域的线径较小,约为3.2 mm;离子谱线与原子谱线的峰值强度出现在不同位置,分别距离射流表面0.8 mm和0.4 mm;等离子体的电子温度低,电子密度值小,在激光束传播方向上两者的变化范围分别为2939~3611 K和0.0149×10
14~4.86×10
14 cm
-3,且在离射流表面0.8 mm处达到最大值;与固相基质等离子体类似,液相基质等离子体的发射光谱、电子温度和电子密度的空间演化特性具有较好的空间对称性。
光谱学 激光诱导等离子体 液相基质 发射光谱 空间演化特性 电子温度 电子密度
1 巢湖学院机械与电子工程学院, 安徽 合肥 238000
2 兰州理工大学理学院, 甘肃 兰州 730050
3 四川大学物理科学与技术学院, 四川 成都 610064
基于有限时域差分(FDTD)算法优化一类宽带光学透射的金属网格透明电极。设计的Ag、Au 和Cu 网格阵列在可见光(Vis)波段的透射率约70%，近红外(NIR)波段的透射率约90%。为提高透明电极的效费比和工艺兼容性，选择Cu作为电极材料，并分析封装材料、Cu纳米带表面粗糙度和工艺误差对透射率的影响。结果表明采用高折射率封装材料和增加Cu纳米带的表面粗糙度可以分别增加NIR 和Vis波段的透射率，减小NIR 波段频带宽度；增加铜纳米带的误差宽度会降低Vis-NIR 波段透射特性和减小NIR 波段的频带宽度。在封装材料折射率不高于1.5，铜纳米带的表面均方根粗糙度不超过8 nm 和误差宽度不超过20 nm 时，优化的Cu网格阵列在Vis-NIR 波段有较好的透射特性，可作为透明电极应用到光电器件。
材料 金属透明电极 有限时域差分方法 宽带透射 Cu网孔阵列 光学学报
2015, 35(10): 1016001
巢湖学院 电子工程与电气自动化学院, 安徽 巢湖238000
利用二维三角晶格光子晶体, 设计了一种能够提高波导辐射效率的光子晶体结构。通过在单波导出口端级联一耦合波导列的方式形成一种复合式结构, 利用时域有限差分法研究了该结构的光辐射特性。结果表明, 采用级联波导列的结构能有效提高光辐射效率。进一步对器件进行了优化, 使级联波导列与单波导之间的距离为1.8a, 波导列横向和纵向的周期数分别为6和5, 辐射效率可达到最大值, 在辐射距离为100a处, 辐射功率可达到20%以上。该类型光子晶体器件在近场光学和集成光学等方面有潜在的应用价值。
光子晶体 波导 辐射 波导列 photonic crystals waveguides emission waveguide arrays
1 巢湖学院电子工程与电气自动化学院, 安徽 合肥 238000
2 四川大学物理科学与技术学院, 四川 成都 610064
基于光学天线原理，通过实验和数值计算研究了三角形银纳米颗粒膜对八羟基喹啉铝(Alq3)发光的猝灭。Alq3发光猝灭是由于光子能量与三角形银纳米颗粒的面内电四极子发生能量共振耦合。实验中，猝灭因子为0.25~0.5。三角形银纳米颗粒密度增加形成较多二聚体和三聚体等，使近场电场场强增加，激发效率增加，导致猝灭因子减小。数值模拟得到三角形银纳米颗粒对Alq3的平均猝灭因子为0.44，与实验结果基本一致。研究结果为基于三角形银纳米颗粒的分子传感、表面等离子体光学成像等应用提供了有价值的参考。
表面光学 发光猝灭 Purcell因子 量子效率 光学学报
2014, 34(11): 1116001
巢湖学院物理与电子科学系, 安徽 巢湖 238000
利用多光子电离技术和飞行时间质谱仪实验研究了醇/水混合团簇的光电离质谱。 在脉冲激光波长为355 nm条件下, 观测到以质子化 (ROH)n(H2 O)H + 混合团簇离子和 (ROH)n H + 团簇离子为主的电离产物。醇水混合团簇电离后团簇离子发生内部质子 化转移反应是形成质子化团簇离子的主要原因。应用量化计算, 构造了质量数较小的几个团簇离子的 可能的空间几何构型, 发现二元团簇离子 (CH3 OH)n (H2 O)H + 是以 (CH3 OH)H + 作为内核离子, 再通过氢键 与其它分子组合而构成团簇离子。
光谱学 质子化团簇 多光子电离 飞行时间质谱 spectroscopy protonated clusters multiphoton ionization time-of-flight mass spectrum
1 宁夏大学 物理电气信息学院, 宁夏 银川 750021
2 巢湖学院 电子工程与电气自动化学院, 安徽 巢湖 238000
基于时域有限差分方法, 通过仿真计算设计了一种具有较高品质因子和传输效率的二维光子晶体耦合腔波导结构。通过改变二维光子晶体波导微腔结构中隔绝波导与微腔的空气孔的半径和数量, 在获得近似90%的传输效率的同时, 使得品质因子达到了8.20×104。为了使品质因子在大幅度提高的同时, 传输效率只有小幅度的降低, 在波导微腔结构中引入了链式微腔。将链式微腔结构与传统的波导微腔结构相结合, 使这种新形式的耦合腔结构的品质因子提高了1个数量级, 传输效率仅下降了约40%。
二维光子晶体耦合腔波导 品质因子 传输特性 two dimensional photonic crystal coupled cavity wa Q factor transport property
1 巢湖学院电子工程与电气自动化学院, 安徽 巢湖 238000
2 宁夏大学物理系, 宁夏 银川 750021
采用二维正方排列的光子晶体，根据微腔缺陷模和波导模共振耦合原理，设计了一种新型的多信道下载滤波器，该滤波器通过主波导、90°弯波导和共振微腔的组合，提高了各个信道下载波导的下载效率。利用二维时域有限差分法模拟了滤波器的传输特性，并理论分析了影响下载效率的因素，进一步对滤波器进行了优化，使得各信道下载波导的下载效率均在91%以上。模拟结果表明该滤波器能有效地实现光波的分波下载，传输谱信道波长间隔约为20 nm，中心波长误差为±2 nm，传输谱的最大半宽度为3.2 nm，有良好的波长选择性，证实了增大下载波导和共振微腔的耦合区域可以有效地提高滤波器的下载效率。
光子晶体 多信道下载滤波器 时域有限差分法 微腔 光学学报
2012, 32(11): 1106003
1 安徽省巢湖学院 物理系, 安徽 巢湖238000
2 宁夏大学 物理系, 宁夏 银川750021
为了得到对TM和TE模具有相同缺陷模的共振微腔，通过在完整各向异性碲介质柱二维正方光子晶体中，引入各向同性的介质圆柱作为点缺陷，利用超胞平面波展开法计算该光子晶体的缺陷模，系统计算了在同时改变点缺陷介质柱介电常数和半径两种情况下的两种偏振缺陷模的变化规律。结果表明，在完全禁带中，缺陷介质柱介电常数从5.44变化到38.44、半径与晶格常数的比从0.05变化到0.50的整个区域，均会出现对TM和TE模具有相同缺陷模，且随着介电常数的减小，缺陷模随着缺陷半径的变化趋于缓慢，归一化共振频率在0.241 8~0.243 2之间可调，在引入εe＜εo的各向异性介质柱缺陷时，亦可得到对TM和TE模具有相同缺陷模，且共振频率的可调范围增大，该研究为光子晶体器件的设计提供了理论依据。
光子晶体 各向异性 缺陷模 平面波展开法 photonic crystal anisotropic defect mode plane-wave expansion method
