Author Affiliations
Abstract
1 Department of Electronic Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
2 Key Laboratory for Laser Plasmas (Ministry of Education), Department of Physics and Astronomy, and Collaborative Innovation Center of IFSA (CICIFSA), Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
A grating-coupled surface plasmon resonance sensor based on bilayer aluminum nanowire arrays is fabricated by laser interference lithography. The device presents impressive reflective sharp peaks by lateral surface plasmon resonances even for aluminum thicknesses of merely several nanometers. Distinct reflective peaks and dramatic color shifts under different analytes are observed within a wide range of incident angle, metal thickness, and refractive index. The sensitivity of 307 nm per refractive index unit is experimentally obtained. The reflective-peak-type surface plasmon resonance sensors are suitable for practical applications because of easy fabrication, low cost, wide range, and high signal visibility.
surface plasmons subwavelength structure nanostructures sensor Chinese Optics Letters
2020, 18(5): 052401
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory for Laser Plasmas (MoE) and School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
2 Collaborative Innovation Center of IFSA (CICIFSA), Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
3 Department of Electronic Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
Separating lights into different paths according to the polarization states while keeping their respective path’s polarizations with high purification is keen for polarization multiplex in optical communications. Metallic nanowire gratings with multi-slits in a period are proposed to achieve polarized beam splitters (PBSs) in reflection and diffraction. The setting of multi-slits largely reduces the reflection of photons with a transverse magnetific field via the plasmonic waveguiding effect, which leads to highly polarized output lights with extinction ratio larger than 20 dB in each channel. The proposed reflection/diffraction PBSs enrich the approaches to control the polarization states with the advantages of wide incident angles and flexible beam splitting angles.
230.1360 Beam splitters 240.6680 Surface plasmons 230.1950 Diffraction gratings 060.4230 Multiplexing Chinese Optics Letters
2019, 17(5): 052303
上海交通大学 电子信息与电气工程学院, 上海200240
为了提高氮化镓基蓝光发光二极管的发光提取效率, 在其电流扩展层上生长光子晶体.讨论了光子晶体结构周期、刻蚀深度和占空比参数与提取效率的关系, 并采用时域有限差分法进行模拟计算.结果表明在晶格周期为300 nm、占空比为60%和刻蚀深度为200 nm的条件下, 生长光子晶体结构后, 氮化镓基蓝光发光二极管的提取效率提升了27.93%.研究了激励源在光子晶体晶格周期内位置变化对提取效率的影响, 拟合得到更符合实际物理意义的氮化镓基蓝光发光二极管发光提取效率函数.利用等效折射率理论和法布里-珀罗薄膜干涉模型解释了氮化镓基蓝光发光二极管中TE模和TM模偏振之间提取效率的差异, 数值仿真得到最大差异值为1.442倍, 从而获得高偏振对比度光源.用该结构参数制备的发光二极管器件应用于液晶显示背光源, 可提高液晶显示的能耗效率.
发光二极管 光子晶体 偏振 提取效率 等效折射率 时域有限差分 LED Photonic crystal Polarization Extraction efficiency Effective refractive index Finite difference time domain 光子学报
2016, 45(11): 1113001
1 上海交通大学电子工程系TFT-LCD 关键材料及技术国家工程实验室, 上海 200240
2 昆山龙腾光电有限公司, 江苏 昆山 215300
纳米金属光栅上的表面等离子体共振(SPR)对临近材料折射率变化敏感，因此通过改变临近材料折射率，可以实现纳米金属光栅透射光谱的颜色调制进而用于显示器件，该调制器具有结构简单、色度和对比度高等特点。通过仿真设计实现了红绿蓝三个子像素的透射彩色显示。实验制备了周期为520 nm、铝厚度为50 nm 的双层金属光栅，并通过改变光栅临近材料折射率，实现了空气中为绿色亮态显示、蔗糖溶液中为暗态显示的效果，明暗对比度达到122。从理论和实验两方面证明了基于金属光栅结构的彩色显示和亮度调节的可行性，为未来电浸润显示器件提供了新的设计方案。
视觉光学 表面等离子体共振 纳米金属光栅 折射率 透射式显示 电浸润 激光与光电子学进展
2016, 53(4): 043301
1 上海交通大学 电子系, 上海 200240
2 昆山龙腾光电有限公司, 江苏 昆山215300
纳米金属光栅的透射光谱对临近材料折射率变化非常敏感, 可以通过改变介质折射率实现可调的彩色滤光, 将双层纳米金属光栅应用于显示装置上具有工艺制备简单、色度和对比度高等特点。采用纳米金属光栅结构, 通过严格耦合波理论模拟和表面等离子体共振原理设计了一种新型的透射式电润湿显示器件。在650nm周期、空气环境下, 通过数值优化在690nm波长处得到了50%的单色透射,而在水溶液的环境下, 由于共振移动到红外, 可以实现黑态显示, 从而验证了灰度的可调。该研究将为轻薄、节能和高分辨率的新型电浸润显示器件设计提供全新思路。
电润湿 表面等离子 纳米光栅 electrowetting surface plasmon resonance metallic nanowire gratings
1 装甲兵工程学院基础部, 北京 100072
2 上海交通大学电子工程系, 上海 200240
研究了亚波长光栅的衍射对抗反射和增强透射性能的影响。理论分析表明，如果要达到抗反射和增强透射的双重效果，需要避免衍射引起的横向波导损耗，光栅周期要足够小；而如果只需要达到抗反射效果，可利用光栅衍射形成横向波导共振降低反射效率，此时光栅周期不需要很小。利用严格耦合波理论对周期、占空比及凹槽深度等结构参数进行优化。采用激光干涉光刻法制作了周期为290 nm的一维浮雕光栅，并测试其透射及反射光谱，结果表明这种结构在大角度范围内对可见光波段有明显的抗反射效果，但是只有波长在非衍射区才具有透射增强效果，而在衍射区透射降低。该研究实验和理论分析相一致，研究结果为根据应用要求合理选择光栅周期、降低制备工艺提供了清晰的物理图像和参考。
光栅 亚波长光栅 衍射 抗反射 增透 波导共振
1 上海交通大学电子信息与电气工程学院电子系, 上海 200240
2 昆山龙腾光电有限公司, 江苏 昆山 215300
针对现有的量子点薄膜液晶显示背光技术中存在的材料利用率低和光学效率不高的缺点，提出了直接在导光板上制备量子点微结构的方法。新的背光架构由蓝光发光二极管(LED)激发量子点形成高显色性的白光。根据搭建显示背光系统模型，研究光线追踪的仿真模拟和光学参数优化，证明新结构的量子点背光具有高出光效率和低成本的优点。实验与理论结果相一致。
光学设计 微结构导光板 光线追踪 量子点 激光与光电子学进展
2015, 52(2): 022201
南开大学 泰达应用物理学院 弱光非线性教育部重点实验室， 天津 300457
利用变温光致发光(PL)研究了In0.182Ga0.818As/GaAs应变及应变补偿量子阱在77~300 K温度范围内的发光特性。随着温度T的升高，PL峰位向低能方向移动。在应力作用下In0.182Ga0.818As/GaAs量子阱的价带顶轻空穴带和重空穴带发生了劈裂。通过理论计算推导应变随温度变化对InxGa1-xAs/GaAs量子阱带隙能量的影响。在Varshni公式基础上，引入由应力导致的带隙能量变化项ΔEg。带隙能量计算结果与实验数据吻合较好。通过不同温度下光致发光半峰全宽的变化验证了应力随温度变化对量子阱发光峰的影响。
分子束外延 应变量子阱 变温光致发光 MBE InGaAs/GaAs InGaAs/GaAs strained quantum wells variable-temperature photoluminescence
1 上海交通大学 电子信息与电气工程学院, 上海 200240
2 西南大学 物理科学与技术学院, 重庆 400715
计算了掺有周期性介质层的胆甾型液晶(CLC)膜的反射光色品值, 分析了该膜用于滤光片的可行性。首先利用Jones矩阵法对其反射光谱进行了数值计算,然后分析和比较了掺入周期性介质前后液晶膜的CIE-1931色品图。从数值计算可知, 在适当的液晶和介质厚度比例下, 改变斜入射角度对掺有周期性介质层的反射式胆甾型液晶滤光片的反射光色品值改变不大, 可以起到窄带滤光片的作用。
滤光片 色品图 胆甾型液晶 Jones矩阵 filter chromaticity diagram cholesteric liquid crystal Jones matrix
中国科学院半导体研究所集成光电子学国家重点实验室, 北京 100083
通过改进时域有限差分(FDTD)法,计算和分析了二维光子晶体的缺陷模式。运用一维时域有限差分算法和线性插值法在总场散射场(TF-SF)连接边界引入入射平面波,采用完全匹配层(PML)技术对外行波进行了有效吸收。计算和分析结果表明,在光子晶体非对称方向入射的平面波能激发所有的缺陷模式,选取合适的探测点位置收集电场值,经快速傅里叶变换(FFT)能得到所有的共振峰值。另外,采用该方法研究了二维正方介质柱光子晶体缺陷模的共振频率与缺陷介质柱半径和介电常量之间的关系。结果表明通过改变缺陷的半径和介电常量大小可以在光子晶体禁带中一定的范围内调节缺陷模式的共振频率大小。
光电子学 光子晶体缺陷模式 时域有限差分法 总场散射场
