1 南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子（未来技术）学院，江苏 南京 210023
2 射频集成与微组装技术国家地方联合工程实验室，江苏 南京 210023
为了解决硅纳米线光电探测器光吸收率较低的问题，构造了一种六边形硅纳米线结构的光电探测器，并在该结构上覆盖零带隙的石墨烯，同时加入Au光栅，最后利用COMSOL软件对器件结构进行建模分析。研究表明，在0.5~1.5 μm光波段范围内，石墨烯的覆盖和Au光栅的加入能有效提升器件的光吸收性能，并且石墨烯与Au光栅的厚度均对该器件性能有所影响。
纳米线光电探测器 光吸收率 石墨烯 LSPR效应 COMSOL软件 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0504001
1 上海理工大学光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
2 教育部光学仪器与系统工程研究中心, 上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093
本文通过电子束蒸发技术制备了金属锡掺杂浓度不同的一系列ITO薄膜。采用X射线衍射仪、原子力显微镜、紫外-可见光-近红外分光光度计、四探针测电阻仪和Z扫描系统分别对ITO薄膜的物相结构、微观形貌、光学吸收、方块电阻和非线性光学性能进行测试和表征。结果表明, 随着金属锡掺杂浓度由10%增加到30%: ITO薄膜的结晶质量增加; 薄膜表面粗糙度增加, 晶粒尺寸逐渐增大; 等离子体吸收增强, 且吸收峰的位置发生红移, 光学带隙变窄; 薄膜的方块电阻不断减小; 非线性吸收系数逐渐增加, 绝对值最大可以增至2.59×10-7 cm/W。时域有限差分拟合结果表明金属锡掺杂浓度不同的ITO薄膜电场强度变化规律与实验结果相一致。
氧化铟锡 局部表面等离子体共振 非线性光学响应 Z扫描 增强电场 掺杂 电子束蒸发 ITO LSPR nonlinear optical response Z-scan enhanced electric field doping electron beam evaporation
1 北京信息科技大学 光电信息与仪器北京市工程研究中心，北京 100016
2 北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院，北京 100192
3 中国空间技术研究院 北京卫星制造厂有限公司，北京 100094
以多元金属纳米薄膜（金、银）为基底，利用飞秒激光加工技术制备得到多元等离子体纳米结构，并研究了其局域表面等离子体共振效应（ Local Surface Plasmon Resonance，LSPR）和表面增强拉曼散射（Surface Enhanced Raman Scattering，SERS）性能。利用时域有限差分（Finite Difference Time Domain，FDTD）软件模拟了不同情况下（单层金膜、金银双层金属薄膜的平面以及阵列结构）的电场分布情况。根据仿真结果，相较于平面金属膜来说，飞秒激光制备的微纳结构阵列附近区域产生电磁场增强，集中在结构边缘处，且其强度变化与预期结果基本保持一致。此外，使用浓度为10−4 M和10−6 M的罗丹明（R6G）溶液进行SERS性能测试。测试的结果表明，单层平面金膜基本没有SERS峰值信号出现，而单层金膜上制备的等离子体纳米结构附近出现峰值信号，双层金属薄膜上制备的等离子体纳米结构展现出更高的SERS峰值信号。多元金属等离子体纳米结构展示出更强的局域表面等离子体共振效应，从而在表面增强拉曼散射、光催化、生物传感等领域具有广泛的应用。
飞秒激光加工 多元等离子体纳米结构 局域表面等离子体共振 表面增强拉曼散射 femtosecond laser processing multiple plasma nanostructures LSPR SERS 红外与激光工程
2023, 52(4): 20220522
中国计量大学光学与电子科技学院, 浙江 杭州 310018
白光LED具有绿色节能、 超长寿命、 安全可靠等优点, 作为新型照明光源的重要发展方向, 如何提高白光LED的发光效率仍是照明领域的核心问题之一。 商业中白光LED主要采用蓝色LED芯片激发黄色YAG荧光粉的方式来实现白光, 显然提高荧光粉的发光效率将可有效改善白光LED的性能指标。 而目前研究较多有关LED用荧光粉的基质创新和掺杂方面, 对基于局域等离子体共振效应的荧光粉研究尚有待进一步探索。 以钛酸四丁酯为前驱体, 采用溶胶-凝胶法制备了以YAG:Ce3+荧光粉为载体的表面包覆锐钛矿型纳米二氧化钛的复合荧光材料, 研究了TiO2纳米颗粒包覆YAG:Ce3+荧光粉对粉体发光性能的影响。 利用X-射线衍射仪、 扫描电子显微镜、 荧光光度计和拉曼光谱仪等测试手段对样品的物相结构和光学特性进行表征分析。 研究结果表明, 在不同温度和不同TTBO:H2O体积比条件下, 制备得到的TiO2包覆YAG:Ce3+荧光粉对粉体的荧光光谱产生了显著的影响, 当TTBO:H2O=2:1和煅烧温度600 ℃时, 制备出了发光性能优异的TiO2包覆YAG:Ce3+荧光粉。 通过测试分析发现, 样品中TiO2纳米粒子较好的包覆在YAG:Ce3+荧光粉表面, 锐钛矿衍射峰值相对强度较为突出, 锐钛矿具有比金红石更高的光催化活性, 高含量的锐钛矿在激发光激发下更加容易产生光生e-和h+; 通过拉曼测试表明, 在1 264.10和1 283.59 cm-1处的特征峰得到了增强, 这归因于TiO2作为一种具有局域等离子体效应的纳米颗粒, 在633 nm激发光激发下, 激发光频率与TiO2包覆YAG:Ce3+颗粒界面处的电子吸收峰接近, 其界面处产生了LSPR效应; 通过PL光谱测试分析表明, 局域表面等离子体共振效应使得制备的TiO2包覆YAG:Ce3+荧光粉的发光强度提高了21%, 量子效率提高了5.5%。 研究表明, 基于TiO2的局域表面等离子体效应能有效地提高YAG:Ce3+荧光粉的发光效率, 将有望推进和改善白光LED在高效、 高功率、 大流明照明领域的广泛应用。
纳米二氧化钛 YAG:Ce3+荧光粉 局域等离子体共振 发光效率 Nanotitania YAG:Ce3+ phosphor Localized surface plasmon resonance (LSPR) Luminescence efficiency 光谱学与光谱分析
2020, 40(10): 3081
上海电力大学能源与机械工程学院, 上海 200090
本文提出了一种在晶硅薄膜太阳能电池Si层中嵌入金属纳米颗粒的结构, 通过控制金属纳米颗粒的形状、材料以及间距等因素, 利用金属纳米颗粒表面激发出的局域表面等离激元共振效应(LSPR)提高晶硅薄膜太阳能电池对光的吸收。使用微纳光学仿真软件(FDTD)对不同条件下的Si层吸收率以及光生电子密度分布进行了仿真研究。研究发现, 相较于未嵌入纳米颗粒的薄膜太阳能电池, 当嵌入球形Ag纳米颗粒时, Si层吸收率在0.8~1.1μm波段范围内有显著的提高, 整体吸收率比未嵌入纳米颗粒Si层吸收率提高了23.1%, 光生电子密度在纳米颗粒周围显著升高。嵌入Ag、Au、Cu、Al四种纳米颗粒的情况下, 在0.45~1.1μm波段范围内, 吸收率曲线均出现波动, 且嵌入Al纳米颗粒时可以激发出更宽波段范围内的吸收峰, 当Al纳米颗粒存在时Si层的光生电子密度整体分布最好。在对两个Al纳米颗粒间距T为0.1μm、0.15μm和0.2μm三种情况的分析中, 当波段在0.45~0.75μm波段范围内时, T为0.1μm时吸收率表现较好; 而在0.9μm和1.0μm波段附近T=0.15μm时会激发出更宽的吸收峰, 且高于T为0.1μm和0.2μm时的吸收率, Si层上部区域整体光生电子密度更高。
薄膜太阳能电池 金属纳米颗粒 吸收率 thin film solar cells metal nanoparticles LSPR LSPR absorption rate FDTD FDTD
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
1 南京大学 电子科学与工程学院，江苏省光电功能材料重点实验室，南京20093
2 南京大学 电子科学与工程学院，江苏省光电功能材料重点实验室，南京20093；南京大学 扬州光电研究院，江苏扬州5009
以能够在紫外波段产生局域表面等离激元共振的Al纳米颗粒作为研究对象，利用时域有限差分法（FDTD）对立方柱形Al纳米结构的近场局域增强和远场特性进行了模拟与分析。首先对不同尺寸的立方柱形Al纳米颗粒的远场消光特性进行分析；结果表明，增大纳米颗粒尺寸，共振峰红移，并且局域表面等离激元共振峰呈现出一定的展宽，其消光系数先增大后减小。其次分析了在局域表面等离激元共振波长下的近场增强特性；结果表明，金属纳米颗粒对该共振波长下的电场增强效果显著。从研究中发现，Al纳米结构的尺寸会对其LSPR效果产生显著影响，可以通过改变尺寸参数来调控纳米结构的LSPR特性，实现紫外波段的局域表面等离激元的共振激发。
局域表面等离激元共振（LSPR） 时域有限差分法（FDTD） Al纳米颗粒 localized surface plasmon resonance (LSPR) finite difference time-domain(FDTD) Al nanoparticle
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Chemical Engineering, Tianjin Key Laboratory of Membrane Science and Desalination Technology, School of Chemical Engineering and Technology, Tianjin University, Tianjin 300072, China
2 Collaborative Innovation Center of Chemical Science and Engineering (Tianjin), Tianjin 300072, China
We present a facile and effective method for fabrication of the localized surface plasmon resonance (LSPR) optical fiber sensor assisted by two polydopamine (PDA) layers with enhanced plasmonic sensing performance. The first PDA layer was self-polymerized onto the bare optical fiber to provide the catechol groups for the reduction from Ag+ to Ago through chelating and redox activity. As the reduction of Ag+ proceeds, Ag nanoparticles (NPs) were grown in-situ on the PDA layer with uniform distribution. The second PDA layer was applied to prevent Ag NPs from oxidating and achieve an improvement of LSPR signal. The PDA/Ag/PDA-based optical fiber sensor has an enhanced LSPR sensitivity of 961 nm/RIU and excellent oxidation resistance. The stable PDA/Ag/PDA-based LSPR sensor with high optical performance is very promising for future application in optical sensing field.
LSPR optical fiber polydopamine in-situ growth silver nanoparticles Photonic Sensors
2020, 10(2): 97
1 大连理工大学物理学院,大连 116024
2 大连民族大学物理与材料工程学院,大连 116000
本文通过使用多巴胺二硫代氨基甲酸(DDTC)作为还原剂来控制银纳米颗粒以异相成核的生长模式在金立方表面进行生长,合成出“爆米花”状的金银纳米超结构。这种结构的纳米颗粒在可见光区表现出可调谐的等离子体共振特性,并且通过改变硝酸银的浓度能够精细的调节银层的厚度。此外,使用液液界面自组装技术将纳米颗粒组装成单层膜,然后将结晶紫作为探针分子来研究纳米颗粒的表面增强拉曼散射特性(SERS)和银层厚度之间的依赖关系。并系统的研究了三种激发波长对SERS基底的响应。结果表明“爆米花”状的金银核壳超结构具有可调节的局域表面等离子体共振(LSPR)和SERS特性,在太阳能电池、催化、化学传感等领域具有广阔的应用前景。
Au@Ag核壳超结构 自组装 表面增强拉曼光谱(SERS) 局域表面等离子体共振(LSPR) 可调谐性 Au@Ag Core-shell Superstructures Self-assembly SERS LSPR Tunability
