表面增强拉曼散射(SERS)是一种能够在低浓度(体积分数)下精确检测物质成分的光谱学技术。当采用金属纳米结构时,其局域表面等离激元共振(LSPR)导致的电磁场增强能够实现SERS增强。近年来,各种LSPR金属纳米结构被用于SERS研究,如纳米天线、纳米孔、纳米槽等。但这些结构一旦被加工完成后将不可改变,进而无法满足拉曼检测对灵活性的需求,而光镊能够解决这一问题。提出一种采用光力捕获金纳米立方体,并利用光热对流进一步促成金纳米立方体聚集的方法,实现了对低浓度(10 ^-12 mol/L)下拉曼分子信号的显著增强和探测,并且其增强效果优于金纳米球。与传统的SERS相比,所提方法具有实时操作、动态操作和原位操作的优势,在生物细胞探测、物质成分与结构分析、分子传感等重要领域具有潜在的应用价值。

利用原子力显微镜(AFM)、荧光显微成像系统以及时间分辨单光子计数(TCSPC)系统,对金纳米球(AuNS)-银纳米线(AgNW)耦合结构纳米间隙内的量子点荧光自发辐射增强以及表面等离激元(SPP)传导特性进行研究。实验使用两种方式实现了金纳米球和银纳米线间的耦合。第一种方式为:将金纳米球和量子点的混合溶液及银纳米线溶液依次涂覆到SiO2基片上,寻找随机存在的金纳米球-银纳米线耦合结构。第二种方式为:利用AFM进行纳米操纵,在SiO2基片上实现了可控的金纳米球和银纳米线耦合结构。利用该结构,实现了最高达到611的量子点自发辐射速率增强因子,同时也观测到了被增强的荧光激发SPP沿银纳米线传导。利用COMSOL Multiphysics仿真软件,对金纳米球-银纳米线耦合结构附近不同位置和偏振的量子点自发辐射速率增强因子进行了模拟计算,并且和单个金纳米球、单根银纳米线附近量子点自发辐射速率增强因子进行了对比,结果表明金纳米球-银纳米线耦合结构能够获得更高的自发辐射速率增强因子。计算了量子点激发的银纳米线上SPP的场分布,得到了与实验相符的结果。

采用电磁场有限元方法, 数值模拟了孔径型扫描近场光学显微镜(aperture Scanning Near-field Optical Microscopy, a-SNOM)在照明模式下的工作过程.针对金偶极天线结构, 改变天线 长度和纳米间隙尺寸, 计算了a-SNOM探针孔径的远场辐射速率随探针端面中心坐标变化的扫描曲线, 实现了超越a-SNOM探针通光孔径尺寸的天线金属纳米间隙的超分辨测量, 对于100 nm通光孔径的 探针, 可分辨最小尺寸为10nm(0.016倍波长)的金属间隙.通过对比金属和介质偶极天线的a-SNOM探针远场辐射速率测量的计算结果, 表明天线金属纳米间隙的超分辨测量的实现是由于金属间隙表面 等离激元的激发.

基于有限元算法和Maxwell应力张量法, 分析了紧聚焦高斯光束照明下金基底表面的金纳米球所受光力。利用无结构的平整金基底, 被捕获的金纳米颗粒和金基底之间能够产生间隙表面等离激元和局域表面等离激元共振效应, 将电磁场局域在金球与金基底之间的纳米间隙内, 增强了金纳米球所受光力以及光阱刚度。通过研究入射光的偏振态、金纳米球的半径、基底类型以及聚焦光束焦点到基底表面距离对光力的影响, 得到了实现基底附近金纳米球稳定捕获以及获得最大光力的优化方案。

将聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)层置于金纳米颗粒与金基底之间,研究了金纳米颗粒对处于PMMA夹层中的分子或量子点辐射源的总辐射速率、远场辐射速率、辐射方向等的影响。与单个金纳米颗粒相比,当2,3,5,9个金纳米颗粒等间距排列时,总辐射速率和远场辐射速率都会增强。通过测量远场辐射方向,可以反推出纳米颗粒的数量和间距,从而实现纳米颗粒数量和间距的高精度测量。

基于时间相关单光子计数技术，研究了金纳米颗粒对CdSe/ZnS量子点荧光自发辐射的影响。制备了与金纳米颗粒有效耦合的量子点样品，测量了高浓度量子点样品的荧光寿命，发现金纳米颗粒能够显著降低量子点的荧光寿命。研究了单量子点的荧光特性，发现单量子点与金纳米颗粒耦合时，荧光寿命降低到无金纳米颗粒时的1%左右。通过数值计算，研究了量子点偏振方向，量子点与金纳米颗粒间的距离，以及金纳米颗粒直径等参数对量子点荧光自发辐射速率的影响。

采用时间相关单光子计数原理搭建荧光寿命测量光学系统,实验验证了单量子点发射荧光的单光子性。针对石英玻片、硅片、金膜等不同基片上多处具有单光子荧光发射特性的单量子点,对其发射荧光的寿命进行了测量、对比,计算了不同基片上单量子点发射荧光的衰减速率、量子产率等与量子点到基片有效距离的相关性,解释了实验数据。此外,分析了石英玻片、硅片、金膜上单量子点发射荧光的闪烁行为,结果表明不同基片对单量子点单光子荧光的闪烁与衰减速率具有调控作用。

采用表面增强拉曼光谱技术对8种不同储存年份的陈皮进行检测。测试分析了储存11年的陈皮样品于金膜、银纳米颗粒、金膜-银纳米颗粒增强基底上的拉曼光谱。在金膜-银纳米颗粒增强基底上的陈皮拉曼光谱特征峰最明显，对375、493、650 cm-1等12处的拉曼特征峰进行初步归属分析，据此对陈皮的生化成分进行初步判断，并探讨了陈皮在金膜-银纳米颗粒基底上拉曼信号的增强机理。此外，通过分析比较8种不同年份陈皮的表面增强拉曼光谱信息，区分出不同存储年份的陈皮。根据峰值位置信息的变化，得出与存放5年及以下的陈皮相比，存放7年及以上的陈皮产生了某些新成分的结论。

建立了用来检测微机电系统谐振器面内运动的激光差动多普勒系统，测量了谐振器的振动速度。在信号处理过程中，首先使用电路系统去除高频载波成分，然后基于Matlab平台，选取时频分析中的Wigner－Ville分布对采集进入计算机的多普勒信号进行分析。提取了其中的速度信息，并与用计数法处理的结果进行了比较。结果表明具有较好的效果。

提出了一种用于测量微机电系统(MEMS)器件瞬时速度、位移的测量系统。采用激光差动多普勒技术, 检测谐振器在平面内的振动, 测量垂直于系统测量光轴方向的振动速度。并在差动多普勒测量光路的基础上加入了CCD 监测光路, 实时观察被测器件调整过程和振动情况。通过处理电路从光学系统输出的高频信号中提取多普勒信号, 利用Labview和Matlab软件对采集的多普勒信号进行时频分析, 得到被测器件的运动参量。通过对测点的微定位, 对MEMS器件进行整平面的扫描, 得到器件振动的瞬时速度场, 为进一步对MEMS器件的高阶谱振动分析及扭转分析提供了一定的基础和必要的支持。