Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Advanced Transducers and Intelligent Control System, Ministry of Education and Shanxi Province, College of Physics and Optoelectronics, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China
2 Key Laboratory of Chemical Biology and Molecular Engineering, Ministry of Education, Institute of Biotechnology, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
3 Key Laboratory of Weak Light Nonlinear Photonics, Ministry of Education, Renewable Energy Conversion and Storage Center, School of Physics and TEDA Institute of Applied Physics, Nankai University, Tianjin 300071, China
Although previously reported terahertz absorbers can achieve high-sensitivity refractive index sensing, the resonant peak is too broad, which leads to a low figure of merit (FOM). Transmissive sensors based on bound states in the continuum (BIC) can achieve high FOM, but they have some limitations in high sensitivity. Herein, we propose a periodic triple parallel metal bars structure to obtain high quality, a strong field, and multiple hot spots by the Friedrich–Wintgen BIC. Numerical results show the sensitivity and FOM can reach 1877 GHz/RIU and 665, respectively. Compared to the previously reported transmissive sensors based on BIC, the sensitivity has been greatly improved.
Fano resonance bound states in the continuum terahertz high-sensitivity sensing 
Chinese Optics Letters
2023, 21(3): 031202
曹文静 1,2孙李泽童 2郭付周 1,2宋健彤 1,2[ ... ]孙非 1,2
作者单位
摘要
1 太原理工大学 新型传感器与智能控制教育部/山西省重点实验室, 山西 太原 030024
2 太原理工大学 物理与光电工程学院, 山西 太原 030024
增强荧光发射可以提高荧光检测灵敏度、提高LED的亮度,在提高发光器件性能方面具有重要意义。由于金属结构在增强局域场、增强荧光发射方面具有很好效果,而柔性电介质材料具有灵活的可弯曲性特性,本文提出一种由金属-电介质-金属(MDM)组成的柔性结构以增强荧光发射。利用时域有限差分方法系统研究了该结构对量子点定向发射增强的影响。理论计算表明柔性MDM结构局部起伏和弧度对荧光增强起促进作用,且可以使位于结构中心位置量子点的量子效率增强约7倍。此外,还可以改变电介质的折射率和厚度从而实现目标波长的可调谐性。实验结果表明该柔性MDM结构对荧光增强有一定的促进作用,这一发现对未来的显示技术和柔性发光器件都有很大的价值,对高效柔性器件的开发应用具有一定的指导意义。
荧光增强 柔性结构 定向发射 波长可调 fluorescence enhancement flexible structure directional emission tunable wavelength 
中国光学
2022, 15(1): 144
作者单位
摘要
1 太原理工大学 新型传感器与智能控制教育部/山西省重点实验室,山西 太原 030024
2 太原理工大学 物理与光电工程学院,山西 太原 030024
本文提出了一种纳流通道-谐振腔耦合结构,用于实现对荧光物质微位移的检测。在本文中,首先,使用时域有限差分法,研究了量子点偏振态及结构参数对荧光与结构耦合效果的影响,进而对结构进行优化;然后,通过测量耦合结构输出光功率的变化,实现对荧光物质微位移的检测;最后,对影响传感灵敏度的因素进行研究。结果表明,相比传统方法,纳流通道-谐振腔耦合结构的折射率处于2.8~3.3之内时,该结构都可以实现对荧光物质微位移的高精度准确传感,并且通过减小纳流通道与谐振腔的间距可进一步提高传感灵敏度。
纳流通道 谐振腔 量子点 微位移 nanofluidic channel resonant cavity quantum dots micro-displacement 
中国光学
2021, 14(1): 145
刘占锋 1,2曹文静 1,2孙非 1,2陈智辉 1,2,*
作者单位
摘要
1 太原理工大学 1.新型传感器与智能控制教育部/山西省重点实验室
2 2. 物理与光电工程学院, 太原 030024
提出了一种三角形硅二聚体纳米天线结构, 该结构可以从激发和发射过程同时提高荧光物质的荧光发光效率, 并且实现荧光的远场定向发射增强。利用时域有限差分法详细研究了不同组合方式的三角形二聚体、不同三角形直角边长以及不同二聚体底角间距对荧光发射增强效果的影响, 并进行了结构参数的优化, 研究了该结构对荧光激发过程的影响。结果表明, 三角形硅二聚体纳米天线结构的直角边长为300nm, 二聚体底角间距为0nm是纳米天线的最优参数。相对于裸光源, 硅二聚体纳米天线使点光源的荧光发射增强了7倍, 实现了远场定向发射。而且, 在405nm波长光的激发下, 荧光激发过程也得到了增强。
荧光传感 纳米天线 米氏共振 定向发射 fluorescence sensing nano antenna Mie resonance directional emission 
半导体光电
2020, 41(5): 689
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Advanced Transducers and Intelligent Control System, Ministry of Education and Shanxi Province, College of Physics and Optoelectronics, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China
2 Centre for Optical and Electromagnetic Research, State Key Laboratory of Modern Optical Instrumentation, National Engineering Research Center for Optical Instruments, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China
A novel way to design arbitrarily shaped retro-reflectors by optics surface transformation is proposed. The entire design process consists of filling an optic-null medium between the input and output surfaces of the retro-reflector, on which the points have 180 deg reverse corresponding relations. The retro-reflector can be designed to be very thin (a planar structure) with high efficiency. The effective working angles of our retro-reflector are very large (from ?80 deg to +80 deg), which can, in principle, be further extended. Layered metal plates and zero refractive index materials are designed to realize the proposed retro-reflector for a TM polarized beam.
retro-reflector optics surface transformation 
Chinese Optics Letters
2020, 18(10): 102201
作者单位
摘要
1 太原理工大学 新型传感器与智能控制教育部/山西省重点实验室,山西 太原 030024
2 太原理工大学 物理与光电工程学院,山西 太原 030024
本文提出一种大尺度的金属-电介质复合微纳结构(银-硅结构),用于提高荧光生物检测的灵敏度及解决荧光物质距离结构远场范围时荧光增强的近场局限。这种大尺度的金属-电介质复合微纳结构与之前的金属-电介质复合微纳结构不同,其通过光的散射和干涉实现了荧光物质距离结构远场范围时的荧光增强。在本文中,通过采用时域有限差分法,主要从荧光激发和荧光发射两个过程研究银-硅结构。结果表明,在激发过程中,银-硅结构的荧光强度高于玻璃结构且位于银-硅结构两柱之间的狭缝中的电场分布比金属结构(银结构)更均匀,因此在银-硅结构中可以实现荧光增强,而且分子运动行为的检测更准确。在发射过程中,当荧光纳米粒子距离结构远场范围内时,与玻璃相比,银-硅结构可以实现更好的荧光增强效果。利用银-硅结构实现荧光增强的机理是光的散射和干涉,荧光被银膜向上散射,同时,结构两侧的银/硅柱也散射一部分荧光,荧光相互干涉传播至远场实现荧光增强。此外,银-硅结构易于制备和集成。因此,其可以很好地应用于生物传感领域。
荧光增强 金属-电介质结构 远场 生物传感 fluorescence enhancement metal-dielectric structure far-field biosensing 
中国光学
2020, 13(2): 372
作者单位
摘要
1 太原理工大学 新型传感器与智能控制教育部/山西省重点实验室, 山西 太原 030024
2 太原理工大学 物理与光电工程学院, 山西 太原 030024
在纳米光子学中, 提高荧光物质的定向发光强度是许多应用要解决的关键问题。为了优化电介质纳米天线的荧光增强能力, 本文提出了一种由硅纳米球二聚体与TiO2微球组成的电介质球复合纳米天线。通过时域有限差分法, 本文分别从量子产率增强、荧光收集效率增强以及荧光激发率增强3个方面研究了该复合纳米天线对荧光的增强效果。结果表明, 这种复合纳米天线不仅可以解决单个TiO2微球增强荧光时量子产率较低的问题, 还可以弥补单个硅纳米球二聚体增强荧光时荧光收集效率较差的不足。该复合纳米天线可使CdSe量子点的量子产率增强约4倍、荧光收集效率增强约2倍。此外, 由于硅纳米球二聚体与TiO2微球对荧光激发过程具有增强效果, 该复合天线最终可以产生较高的荧光定向增强倍数。在量子点发光的中心波长523 nm处, 荧光定向增强约为3 064倍。
复合纳米天线 电介质球 荧光增强 定向发光 hybrid nano-antenna dielectric sphere fluorescence enhancement directional emission 
中国光学
2020, 13(1): 121
全宏升 1,2曹文静 1,2陈智辉 1,2,*
作者单位
摘要
1 太原理工大学 1. 新型传感器与智能控制教育部/山西省重点实验室
2 2. 物理与光电工程学院, 太原 030024
为了增强量子点的定向发光强度, 提出了一种由硅柱二聚体和二氧化钛圆盘组成的复合纳米天线结构。利用时域有限差分方法系统研究了硅柱二聚体的轴参数、截面类型以及复合纳米天线结构对量子点定向发光增强的影响。结果表明, 对于中心波长为600nm的量子点, 硅柱二聚体的轴参数对量子点的发光影响不大, 椭圆形截面的硅柱二聚体可以实现较大的量子点发光增强。此外, 在复合纳米天线的作用下, 不仅可以获得较大的量子效率增强, 还可以实现量子点高度定向的发射效果, 量子效率增强约6倍, 定向收集效率可以达到50%。
荧光传感器 硅柱二聚体 二氧化钛圆盘 定向发射 fluorescence sensor silicon column dimer TiO2 disk directional emission 
半导体光电
2019, 40(5): 631
郭帅 1,2赵金凤 3陈智辉 1,2,*
作者单位
摘要
1 太原理工大学物理与光电工程学院, 山西 太原 030024
2 新型传感器与智能控制教育部/山西省重点实验室, 山西 太原 030024
3 大同大学数学与计算机科学学院, 山西 大同 037009
为了提高生物检测的灵敏度, 增强量子点的远场定向发光强度显得尤为重要。因此提出一种周期分布在SiO2隔层及金属银反射板上的金属银纳米屋顶结构, 其中每个屋顶结构的半径为162.5 nm, 且量子点位于中间两个屋顶结构的缝隙内。使用时域有限差分算法, 研究了量子点位于不同位置以及不同数量的金属银纳米屋顶结构对量子点远场发光强度的影响。计算表明当有四个纳米屋顶结构, 且量子点处于中间两个屋顶结构的缝隙内部时, 可以有效地提高量子点的远场发光强度, 相较没有屋顶结构时发光强度提高了4倍以上, 从而可以提高生物检测的灵敏度。
表面光学 量子点 发射 银纳米屋顶结构 表面等离子体共振 远场 
激光与光电子学进展
2018, 55(10): 102402
温建华 1,2,*张杨 1,2杨毅彪 1,2邓霄 1,2[ ... ]陈智辉 1,2
作者单位
摘要
1 太原理工大学 物理与光电工程学院
2 新型传感器与智能控制教育部重点实验室, 太原 030024
采用传输矩阵法分别模拟了缺陷层厚度、入射角度和膜厚微扰的变化对含空气缺陷的一维光子晶体滤波特性的影响.研究表明:对于空气厚度可调结构,在考虑色散的情况下,空气厚度每增加2 nm透射波长相应向长波方向移动约2 nm,二者基本呈1 :1的线性关系;对于入射角度可调结构,与正入射相比较,入射角度从0°到89°变化时,其全角度禁带分别减小了105 nm(TE模)、600 nm(TM模),TM模禁带受角度的变化影响较大;入射角从0°分别变化到16.9°(TE模)、17.0°(TM模)时实现C波段的可调滤波.同一周期内,两种材料的模厚误差的相互弥补,能够实现小范围的膜厚扰动不敏感,缩小实际滤过峰值与理论值的偏差,可降低制备光子晶体的难度.
一维光子晶体 传输矩阵法 可调谐光滤波器 膜厚微扰 光子禁带 透射谱 One-dimensional photonic crystal Transfer matrix method Tunable optical filter Thickness perturbation Photonic bandgap Transmittance spectra 
光子学报
2015, 44(8): 0823001

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