1 西北工业大学物理科学与技术学院光场调控与信息感知工业和信息化部重点实验室，陕西省光信息技术重点实验室，陕西 西安 710129
2 兰州理工大学理学院，甘肃 兰州 730050
本文研究了金属光栅表面等离激元与单层二硫化钨激子的耦合共振特性。利用时域有限差分法模拟了一维金光栅/单层二硫化钨混合结构的光谱响应及电场强度分布。结果表明，金光栅表面等离激元与单层二硫化钨激子耦合可产生光谱劈裂。当改变金光栅的结构参数时，混合结构的反射光谱出现了明显的反交叉现象。采用时域耦合模理论拟合了混合结构不同参数时的反射光谱，拟合结果与数值模拟符合较好。金光栅表面等离激元与单层二硫化钨激子的耦合作用满足强耦合判据。耦合振荡器模型分析结果表明，当金光栅周期为400 nm、宽度为300 nm时，混合结构强耦合光谱的拉比劈裂为54.6 meV，其与时域耦合模理论结果一致。该工作将为表面等离激元与激子强耦合作用的深入研究与器件开发开辟新途径。
表面等离激元 一维金光栅 二硫化钨 激子 强耦合
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
提出了一种基于样品连续旋转的高阶导模干涉刻写多层亚波长圆光栅的方法。利用有限元法模拟导模干涉场，以及坐标旋转矩阵和数值模拟方法研究对样品实施连续旋转曝光后的总光场。选取442 nm波长激光作为激发光，以TE5和TM51为例，研究了高阶导模干涉刻写制备多层亚波长圆光栅的光场分布。通过光场分布分析了多层亚波长圆光栅在X-Y平面的周期以及Z轴的周期和层数，这些参数可通过改变光刻胶厚度和干涉曝光的导波模式来调节。同一厚度光刻胶条件下存在着多种高阶导模，且同阶导模对应的激发角可以通过改变光刻胶的厚度进行有效调控。因此，通过选择不同厚度的光刻胶，选取曝光所用的高阶导模，可以刻写各种不同参数的多层亚波长圆光栅。该方法是制备多层亚波长圆光栅的一种简单而有效的方法，在微纳光学领域具有一定的应用前景。
光学设计与制造 微纳光刻 高阶导模干涉 多层亚波长圆光栅 激光与光电子学进展
2022, 59(11): 1122001
1 兰州理工大学 理学院, 兰州 730050
2 西北师范大学 物理与电子工程学院, 兰州 730070
理论设计了介质光栅/金属薄膜与银纳米立方体复合结构, 通过有限元方法数值模拟计算了该结构中的超高电场增强因子.使用442 nm波长的激光作为表面等离子体的激发光源, 研究不同尺寸银纳米立方体的消光谱以及不同光栅周期和厚度的反射光谱, 得到的该复合结构的最优参数为: 光栅周期312 nm, 厚度90 nm, 银纳米立方体70 nm.在最优参数条件下, 数值模拟了复合结构中的电场增强分布, 介质光栅/金属薄膜与银纳米立方体复合结构由于存在局域表面等离子体和传播表面等离子体的共振耦合, 使得光栅脊与银纳米立方体下顶点接触处热点的电场增强因子高达1.53×106.该复合结构产生的超高电场增强因子, 有望应用于表面增强拉曼散射的研究.
介质光栅 银立方体 表面等离子体 电场增强 有限元方法 Dielectric grating Silver cube Surface plasmon Electric field enhancement Finite element method 光子学报
2018, 47(11): 1131001
1 兰州理工大学理学院, 甘肃 兰州 730050
2 兰州城市学院电子与信息工程学院, 甘肃 兰州 730070
设计了一种基于介质光栅金属薄膜复合结构的折射率传感器。利用He-Ne激光器输出的632.8 nm横磁偏振光激发复合结构中的表面等离子体,得到了高灵敏度的折射率传感器。运用有限元方法,数值模拟了具有不同光栅厚度、周期以及折射率的分析物的反射光谱。对占空比为0.5、金属薄膜厚度为45 nm的复合结构进行了参数优化,得到最优参数为:光栅厚度100 nm、光栅周期500 nm。在最优参数条件下,计算了金属薄膜与具有不同折射率的分析物之间的界面共振角的变化,得到了高达500 (°)/RIU的角灵敏度。该折射率传感器操作简单、成本低、角灵敏度高,具有很好的应用前景。
表面光学 介质光栅/金属薄膜 表面等离子体 折射率 光学学报
2017, 37(11): 1124001
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
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
巢湖学院 物理与电子科学系，安徽 巢湖238000
聚焦纤维透镜已广泛应用于光电子技术成像领域。为快速计算其成像特性和绘制光路，基于MATLAB软件，编写了折射率呈抛物线形分布的聚焦纤维透镜成像模拟软件。在输入光纤和物体的基本参数后，软件可快速计算出光纤的特性常数和焦距以及像距、像高和线放大率，能准确绘制出成像光路图。该成果对光纤成像的研究和设计以及光电子技术课的教学均有较大的帮助。
聚焦纤维透镜 成像 MATLAB软件 focusing fiber lens imaging MATLAB software
1 中国科学技术大学光学与光学工程系， 安徽 合肥 230026
2 巢湖学院物理与电子科学系， 安徽 巢湖 238000
优化设计了365 nm紫外LED点光源阵列、聚焦透镜组的排布，实现了高强度均匀辐照的LED面光源。利用优化后的365 nm LED面光源进行了接触式曝光光刻实验，所得刻写图形与掩模板图形一致。提出的基于365 nm紫外LED阵列均匀辐照面光源的光刻方法具有结构简单、节能、环保等优势。
光学制造 紫外发光二极管 阵列 光刻
