纳米金属颗粒及其与金属膜的耦合结构具有比单元结构更优越的物理性质。为了给实验研究纳米银立方体和银膜耦合结构在传感中的应用提供理论依据, 运用FDTD方法数值分析了纳米银立方体与银膜耦合体系在波长为514.5 nm的激光激发下的电场性质。结果表明, 耦合结构的电场分布与纳米银立方体的大小、及其与银膜间的介质层厚度有关; 纳米银立方体与银膜耦合结构局域电场比纳米银立方体的局域电场强; 当其间没有介质层时, 局域电场主要分布在纳米银立方体的上表面顶点; 当有介质层时, 局域电场会有部分转向高折射率介质层中。因此, 可根据需要, 通过调控纳米银立方体的大小及其与银膜间的介质厚度来获得理想的局域电场。

用乙二醇还原硝酸银,成功制备了平均边长约97 nm的银纳米立方体以用于诺丹明(RhB)分子的 荧光实验。实验中,将探针分子 RhB粉末掺杂于PMMA苯甲醚溶液中,制得不同厚度掺杂有RhB探针分子的PMMA薄膜,运用光谱技术和 共焦显微技术研究了银纳米立方体与荧光分子的间隔、银纳米立方体不同浓度分布对RhB分子的 荧光强度的影响。荧光光谱表明,荧光强度随PMMA厚度变薄而增强,当PMMA厚度为10 nm时, 荧光增强因子最大,获得了56倍的荧光增强效果,而继续减小PMMA厚度时,其荧光增强因子又变小, 说明发生了荧光猝灭效应。共焦荧光像则更直观地表现了银纳米立方体的浓度分布对荧光分子 辐射增强的影响。因而,可通过调控银纳米立方体与荧光分子的距离及银纳米立方体的分布优 化荧光增强因子以用于基于荧光的单分子探测,这一实验结果在生物成像和生物传感领域有潜在应用价值。

通过远场聚焦光斑激发银纳米线表面等离子体激元(Surface plasmon polariton, SPP), 并搭建银纳米线路由传输结构改变SPP的传输距离，研究了SPP的传输损耗特性。 实验上测量了置于玻璃衬底表面的银纳米线在不同激发波长时SPP的传输损耗系数,发现SPP的传输损耗具有波长 依赖性:632.8 nm激光激发时,传输损耗系数为0.115 μm-1, 780 nm激光激发时,传输损耗系数为0.0923 μm-1,即传输损耗系数在长波激发时小, 而在短波激发时大。测量结果对基于银纳米线波导的集成微纳光学系统设计 有很好的指导作用。

随着微纳光子学与技术的发展,在纳米尺度上操纵和控制光子, 发展体积更小、速度更快的光子器件, 实现全光集成,已成为国际研究前沿和新技术领域竞争的热点。其中以光子晶体、表面等离子体激元微纳结构 为代表的微纳光子学研究及应用在国际上得到了广泛的重视。利用上述微纳结构的独特物理特性,与非线性光 学材料相结合,可有效增强或调控材料的三阶光学非线性,实现全光器件的设计,如全光开关等。结合我 们的部分研究工作,就几种微纳结构增强的三阶光学非线性及其非线性全光调控相关方面的研究做一概述。