主要研究了不同结构参数对金属纳米表面等离子激元辐射增强的影响,以提高入射电磁波与金属表面自由电子的耦合效率。对Au、Ag纳米颗粒进行了数值模拟,比较了不同形状金属纳米颗粒的局域场增强。与其他结构相比,球形金属纳米颗粒具有更显著的局域场增强效应。通过改变球形金属纳米颗粒的各个参数进行Purcell分析,结果表明:沿极化方向的长轴尺寸、垂直于极化方向的短轴尺寸、环境材料的折射率以及光源距纳米颗粒的距离都会极大地改变金属纳米表面等离子激元共振辐射增强的效果,且会对共振波长的位置产生极大影响。最后对具有椭球壳结构的金属纳米颗粒进行了模拟,发现随着椭球壳内填充介质的折射率和椭球壳厚度改变,辐射强度都表现出不同程度的增强。

We fabricate photonic crystal slab microcavities embedded with GaAs quantum dots by electron beam lithography and droplet epitaxy. The Purcell effect of exciton emission of the quantum dots is confirmed by the micro photoluminescence measurement. The resonance wavelengths, widths, and polarization are consistent with numerical simulation results.

基于电子与光栅表面电势场相互作用的模型，用经典的单粒子理论研究了Smith-Purcell效应的辐射过程，得到了自发辐射谱。讨论了自发辐射与受激辐射之关系，即Madey定理在该类激光器中的对应形式。结果对于高能电子束同样适用。

利用微扰展开法导出了变参数Smith-Purcell型自由电子激光小信号增益表达式，其增益谱函数因子在形式上与变参数Wiggler情况的表达式相同。在此基础上讨论了光栅常数均匀变化时的小信号增益。结果表明:当电子入射速度低于系统初始谐振速度的某一范围时，有较高的小信号增益；在保证一定的饱和抽取效率情况下，为了提高小信号增益，应适当地选取光栅的空间频率变化率。