表面等离激元共振技术具有无需标记、 灵敏度高、 实时检测等优点, 已广泛应用于生物医疗、 环境监测及食品安全等领域。 相对于传统贵金属材料表面等离激元共振传感器而言, 铝表面等离激元共振传感器具有价格低廉、 共振光谱带宽小等优点, 已逐渐成为了该领域的研究热点。 针对铝材料存在与生物分子兼容性差、 易氧化等缺点, 利用石墨烯化学稳定性好、 比表面积大、 抗氧化能力强、 生物兼容性好等独特优势, 将其作为与被测分子直接接触的传感层, 提出了一种石墨烯覆盖铝纳米光栅的表面等离激元共振传感器。 首先, 基于多物理场有限元仿真软件建立了该传感器的物理模型, 分别分析了石墨烯层数和铝光栅结构参数(占空比、 高度、 周期)对传感器共振光谱的影响。 结果表明, 石墨烯与铝光栅的复合有效增强了入射光波与传感器的相互作用, 采用单层石墨烯与铝光栅复合时, 共振峰具有最窄的光谱带宽。 当铝纳米光栅结构Λ=600 nm, H=40 nm, η=70%时, 光谱反射率为零。 进一步分析了结构优化后的传感器的传感特性。 结果表明, 单层石墨烯覆盖铝纳米光栅传感器具有最高的品质因数24.5 RIU-1, 其灵敏度高达626 nm·RIU-1。 该传感器具有探测精度高、 分子兼容性好等优点, 能为生化分析、 环境监测和食品安全等领域提供一个新的绿色传感平台。

提出了一种基于多孔硅的表面等离子共振传感模型: 棱镜-金属膜-多孔硅薄膜-待测介质。在该结构中, 多孔硅的折射率会随着样品浓度的变化而变化。利用有限元分析方法, 数值模拟得到该结构的共振光谱, 对模型进行了分析和参数优化。以乙二醇溶液为待测样本, 对提出的传感结构的传感性能进行分析, 得到该传感器对乙二醇的传感灵敏度约为267.85(°)/RIU, 约为Kretschmann棱镜结构灵敏度的2.13倍。

为了提高表面等离子共振系统的分辨率,提出了一种五层结构的表面等离子共振效应的激励模型：棱镜基底-银膜-电介质层1-电介质层2-待测介质.采用薄膜光学和波导理论,讨论了银和双电介质层复合而成的共振薄膜对表面等离子共振效应的激励机理与调制特性的作用.借助有限元分析方法,数值模拟得到双电介质表面等离子共振激励模型的共振光谱.分析结果表明,当待测介质折射率相同时,双电介质表面等离子共振激励模型共振光谱的半峰宽约为传统棱镜表面等离子体共振的0.1倍,理论计算得到双电介质表面等离子共振激励模型的系统分辨率相较于传统棱镜表面提高了5.4倍.以乙二醇溶液为待测样本,分析得到传感器的灵敏度约为7.2°/RIU,品质因数约为465,证明了该结构设计的可行性,为设计高分辨率和高品质因数的传感系统提供了理论参考.

使用多种测试手段对热处理前后的缅甸深紫色翡翠样品进行测试。物相分析表明其属于硬玉型翡翠，X射线荧光光谱测试证明深紫色区域Mn、Fe含量高于白色区域，电子顺磁共振谱表明Mn 主要以Mn3+形式存在，而非传统观点认为的Mn2+。热处理前后紫外-可见光吸收光谱表明，572 nm 处宽吸收谱带应归因于Fe2+的5A1(5T2)→3T1(3H)跃迁以及Fe2+-Fe3+离子对间的电荷转移，这是紫色翡翠致色的主因。此外，Mn3 +在545 nm 处的6A1(S)→4T2(G)和6A1(S)→4T1(G)电子跃迁叠加是紫色翡翠致色的另一原因。

无极灯是一种基于高频电磁感应和无极气体放电的新型电光源, 由Hg 253.7 nm共振谱线激发荧光粉进而发出可见光。 通过原子发射光谱分析, 实验研究了铟网位置对Hg 253.7 nm共振谱线的影响规律。 研究发现, Hg 253.7 nm共振谱线的相对强度, 当铟网位于耦合线圈两端时最强, 位于耦合线圈中部时较弱, 远离耦合线圈时最弱。 并推断, 存在一个最佳的铟网位置, 对应最高的发光效率。 结合Maxwell 3D有限元仿真, 从气体放电角度对实验结果进行了定性分析, 对无极灯模型设计与参数优化具有指导意义。

无极灯是一种长寿命、 低汞害、 无频闪的新型电光源, 其光效在很大程度上取决于253.7 nm共振谱线的辐射效率。 通过原子发射光谱分析, 实验研究了冷端温度对253.7 nm共振谱线的影响规律。 研究发现, 253.7 nm共振谱线的辐射效率随冷端温度变化近似呈正态分布, 即无极灯工作存在一个最佳冷端温度。 运用气体放电理论对实验结果进行了定性分析, 对无极灯光效的提高具有指导意义。

在强场耦合图像中,采用双自旋-轨道耦合(SO)参量模型建立了过渡族3d2(3d8)离子的三角对称下全组态光谱能级和电子顺磁共振(EPR)公式。与经典的晶体场理论(仅考虑中心金属离子的自旋-轨道耦合作用)相比较,该公式还包括了配体离子的自旋-轨道耦合作用的贡献,这一模型在应用于计算共价性较强的晶体光谱和电子顺磁共振谱可得到合理的结果。作为验证,用完全对角化方法研究了晶体NiX2 (X=Cl,Br,I)的光谱和电子顺磁共振谱,结果表明,理论与实验很好地符合。建立的全组态谱能级和电子顺磁共振公式为更精确地计算光谱和电子顺磁共振谱提供了一条可行方法。

针对光纤表面等离子体波传感器，对小波阈值去噪的方法在测定表面等离子体波光谱中的应用进行了理论研究。首先将高斯白噪声加入理论SPR光谱，利用Daubechies9和Symlet7、11、14、15等五种小波分别对其进行去噪。将去噪后的共振峰强度和共振波长与理论值相比较，可知Symlet11小波用于SPR光谱的去噪性能较好。搭建光纤SPR传感器实验系统，利用Symlet11小波对在五个不同时刻测得的SPR反射光谱进行去噪，去噪后的共振波长和共振强度的标准偏差分别为0．4039nm和0．2231%，通过对比证明小波阈值去噪方法能较好地修正由于噪声所产生的共振波长漂移，使得光纤SPR传感器满足实际运用的需要。

由于硝酸钒锌二安替比林晶体[Zn(antipyrine)2(NO3)2:VO2+]中配体O2-的自旋轨道耦合参量ζ0p≈150 cm-1与中心过渡族3d1离子V4+的ζ0d≈248 cm-1相差不太大,故配体的自旋轨道耦合参量ζ0p对电子顺磁共振(EPR)谱和光吸收谱的贡献必须考虑。采用双自旋轨道耦合参量模型和相关的晶体场能级公式,计算了Zn(antipyrine)2(NO3)2:VO2+晶体的EPR谱和光吸收谱,所得理论结果与实验发现很好符合；确定了该晶体的局域对称结构沿C4轴的四角畸变约为0.45 nm；计算发现,较大的κ值说明VO2+中未配对的s电子对超精细结构常数有较大的贡献。并对上述这些结果的合理性进行了讨论。