刘强 1赵锦 1孙宇丹 1,2刘伟 1[ ... ]朱剑豪 3
作者单位
摘要
1 东北石油大学 物理与电子工程学院, 黑龙江 大庆 163318
2 大庆师范学院 机电工程学院, 黑龙江 大庆 163712
3 香港城市大学 物理系, 香港 999077
设计了一种用于同时检测甲烷和氢气的基于表面等离子体共振(SPR)的新型光子准晶体光纤(PQF)传感器。在该传感器中,在银膜上分别沉积Pd-WO3和掺杂聚硅氧烷的笼型分子E薄膜作为氢气和甲烷的敏感材料。采用全矢量有限元方法对PQF-SPR传感器进行数值分析,结果证明该传感器具有良好的传感性能。在0%~3.5%的浓度范围内,氢气的最大检测灵敏度和平均灵敏度分别为0.8 nm/%和0.65 nm/%,甲烷的最大灵敏度和平均灵敏度分别为10 nm/%和8.81 nm/%。该传感器具有同时检测多种气体的能力,在设备小型化和远程监测方面具有很大的潜力。
甲烷传感器 氢气传感器 表面等离子体共振 光子准晶体光纤 methane sensor hydrogen sensor surface plasmon resonance photonic quasi-crystal fiber 
中国光学
2023, 16(1): 174
作者单位
摘要
1 东北石油大学 物理与电子工程学院, 黑龙江 大庆 163318
2 香港城市大学 物理系, 香港 九龙 999077
为实现可调谐的多重Fano共振特性及设计高灵敏度折射率传感器,本文提出一种纳米环-七聚体金属-介电纳米天线结构,利用有限元方法(Finite Element Method, FEM)研究了Fano共振特性的影响因素和变化规律。研究表明,纳米环-七聚体金属-介电纳米天线的Fano共振特性对高度、入射角度和结构间隙的变化非常敏感;纳米天线的电场强度和电偶极源激发下的珀赛尔系数(Purcell factor, PF)可达134.74 V/m和3214,使得纳米天线中心位置附近的电场强度得到大幅增强;复合纳米天线结构具有较高的灵敏度S和品质因数FOM,分别为1400 nm/RIU和17 RIU−1,可作为评价高灵敏度折射率传感器的重要性能指标。本文为实现复合纳米天线结构中Fano共振的可调谐特性提供了一种可行途径,为表面增强拉曼散射、量子发射器和折射率传感器等实际应用奠定了坚实的理论基础。
纳米天线 折射率传感器 Fano共振 近场增强 nanoantenna refractive index sensor Fano resonance near-field enhancement 
中国光学
2023, 16(1): 214
作者单位
摘要
1 东北石油大学 物理与电子工程学院,黑龙江 大庆 163318
2 哈尔滨医科大学 第四附属医院 妇产科,黑龙江 哈尔滨 150001
3 西南科技大学 极端条件物质特性联合实验室,四川 绵阳 621010
4 香港城市大学 物理系,香港 九龙 999077
设计并分析了一种高灵敏度表面等离子体共振(SPR)传感器,该传感器由偏芯D型结构的十重光子准晶光纤(PQF)组成,并局部涂覆氧化铟锡(ITO)。偏芯D型结构可以使液体分析更加方便,增强了纤芯模与SPP模之间的耦合,提高了传感灵敏度。采用有限元法对传感器的特性进行研究。结果表明,传感器的波长灵敏度随折射率(RIs)的增大而增大,最大波长灵敏度和分辨率分别为60000 nm/RIU和1.67×10−6 RIU。该传感器性能优良,在液体折射率测量方面具有很大的应用潜力。
表面等离子体共振 光子准晶光纤 D型结构 偏芯结构 surface plasmon resonance photonic quasi-crystal fiber D-shaped structure eccentric core structure 
中国光学
2022, 15(1): 101
Author Affiliations
Abstract
1 School of Physics and Electronic Engineering, Northeast Petroleum University, Daqing 163318, China
2 Department of Physics, Department of Materials Science & Engineering, and Department of Biomedical Engineering, City University of Hong Kong, Hong Kong, China
Optical fibers have been widely applied to telecommunication, imaging, lasers, and sensing. Among the different types of fibers, photonic crystal fibers (PCFs), also called microstructured optical fibers, characterized by air holes arranged along the length of fibers have experienced tremendous advance due to their unique advantages. They are regarded as a desirable platform to excite surface plasmon resonance (SPR) because of easy realization of phase matching conditions between the fundamental core mode and the plasmonic mode, which plays a critical role in miniaturization and integration of SPR sensors. In this mini-review, the current status of PCF sensors based on SPR is summarized. The theory of SPR is discussed, and simulation methods for PCF-SPR sensors are described. The important parameters including the refractive index detection range, resonance wavelength, and spectral sensitivity responsible for the sensing properties of PCF-SPR sensors are reviewed. The fabrication and the comparison of performances are also illustrated, and, finally, the challenges and future perspectives are outlined.
photonic crystal fibers surface plasmon resonance refractive index sensors 
Chinese Optics Letters
2021, 19(10): 102202
作者单位
摘要
1 东北石油大学 电子科学学院, 黑龙江 大庆 163318
2 大庆油田有限责任公司第四采油厂第四油矿, 黑龙江 大庆 163511
3 东北石油大学 地球科学学院, 黑龙江 大庆 163318
利用有限元(Finite element method, FEM)方法系统研究Au-ITO-Ag对称性破缺三层纳米核壳二聚体的近场增强特性, 并采用等离激元杂化理论对其局域表面等离子体共振(Localized Surface Plasmon Resonance, LSPR)特性进行解释。研究结果表明, 对称性破缺三层纳米核壳二聚体光谱中等离子体共振峰峰位对Au内核半径的变化极为敏感; 对称性破缺三层核壳纳米颗粒的电场主要分布在纳米核壳二聚体的表面上, Ag外壳纳米杯缺口部分的电场强度最为突出, 其高度可调节的光学特性为提高生物传感技术提供了坚实的理论基础。
对称性破缺 等离激元杂化 局域表面等离子体共振 纳米核壳 Symmetry-breaking Plasmon hybridization LSPR Nanoshell 
光散射学报
2020, 32(3): 251
作者单位
摘要
东北石油大学电子科学学院, 黑龙江 大庆 163318
以硅十字架二聚体纳米天线为研究对象,采用有限元法(FEM)系统研究其远场单向散射特性,利用多极分解的方法对其散射特性进行解释。通过分析纳米天线中不同共振模式的响应对散射特性的影响,发现这些共振模式的耦合作用导致了高介电材料硅十字架二聚体结构磁热点的产生和远场单向性散射,为实现远场单向性可控的纳米天线提供了坚实的理论基础。
材料 纳米天线 散射特性 磁热点 单向散射 
激光与光电子学进展
2019, 56(8): 081601
作者单位
摘要
东北石油大学 电子科学学院,黑龙江 大庆 163318
利用离散偶极近似(Discrete Dipole Approximation,DDA)方法系统研究金属/石墨烯复合纳米阵列的消光特性,考察金属基底和石墨烯纳米阵列尺寸对局域表面等离子体共振峰位和强度的影响,以及研究不同基底厚度比条件下纳米复合阵列的电场分布、规律和物理本质。仿真结果表明,当保持金属基底厚度不变时,Ag/Au/石墨烯复合纳米阵列的局域表面等离子体共振峰随石墨烯原子层数的增大而增大,共振波长发生微小红移; 当保持八根石墨烯层柱和银基底厚度不变时,随金银厚度比的增大,消光光谱发生蓝移; Ag/Au/石墨烯复合纳米阵列银层表面的电场强度为最强,石墨烯纳米棒阵列的电场强度较强。
消光特性 表面等离子体共振 电场强度 extinction characteristics surface plasmon resonance electric field intensity 
光散射学报
2018, 30(4): 332
刘强 1,2,*刘懿莹 1,2吕靖薇 1,2刘超 1,2[ ... ]牟海维 1,2
作者单位
摘要
1 东北石油大学电子科学学院,黑龙江 大庆 163318
2 东北石油大学黑龙江省高校校企共建测试计量技术与仪器仪表研发中心,黑龙江 大庆 163318
3 大庆师范学院机电工程学院,黑龙江 大庆 163712
设计了一种双对称性破缺Au-TiO2-Ag三层纳米杯结构,采用有限元方法分析了其局域表面等离子体共振(Localized Surface Plasmon Resonance, LSPR)特性,并采用等离激元杂化理论对LSPR现象进行理论分析。分别仿真了入射光偏振态、核壳结构参数和外界介质折射率对Au-TiO2-Ag三层纳米杯消光光谱的影响。研究结果表明,当入射光偏振方向垂直于对称轴方向时,可将反对称横向耦合模式ω-⊥〉1的共振峰波长调谐至近红外区域1100 nm附近,同时该模式共振波长随外界介质折射率的增大产生红移,这一特性可在生物传感领域得到广泛的应用。
LSPR特性 Au-TiO2-Ag三层纳米杯 对称性破缺 等离激元杂化 LSPR properties Au-TiO2-Ag multilayer nanocups symmetry-breaking plasmon hybridization 
光散射学报
2018, 30(4): 320
作者单位
摘要
东北石油大学电子科学学院, 黑龙江 大庆 163318
对金属/化合物/石墨烯复合纳米阵列的消光特性及电场分布进行了仿真研究。研究结果表明,随着石墨烯原子层数的增加,偶极子共振峰强度逐渐增大;改变二层板的结构和石墨烯的厚度,偶极子共振峰峰位由660 nm蓝移到510 nm;外界介质折射率对LSPR的共振峰有着显著的影响;当折射率固定时,石墨烯柱与金属Ag板的底角及石墨烯柱与SiO2板的顶角处的电场增强现象较为强烈。
表面光学 消光特性 表面等离子体共振 电场分布 
激光与光电子学进展
2018, 55(8): 082401
作者单位
摘要
1 东北石油大学 现代教育技术中心,大庆 163318
2 东北石油大学 电子科学学院,大庆 163318
采用离散偶极近似(Discrete Dipole Approximation,DDA)方法考察核壳比和外界介质折射率对ITO/Au、CdS/Au、Nb-Sn/Au纳米核壳粒子表面等离子体共振消光特性的影响,并利用杂化理论对其物理本质解释。仿真结果表明,ITO/Au和CdS/Au纳米核壳的ω-模式对应的共振峰峰位随核壳比的增加逐渐红移,而Nb-Sn/Au纳米核壳对应的共振峰峰位随核壳比的增加逐渐蓝移;ω+模式对应的四极共振峰峰位随核壳比的增大缓慢蓝移;集中在金壳两极点的振荡电荷对核壳球模式和腔模式的耦合作用以及电场分布有显著影响;相同尺寸纳米核壳的消光能力由强到弱依次是ITO/Au、Nb-Sn/Au、CdS/Au。
消光特性 金纳米核壳 离散偶极近似 模式耦合 extinction properties gold core/shell nanoparticles DDA mode coupling 
光散射学报
2016, 28(3): 270

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