相位型表面等离子体共振（SPR）技术具有极高的检测灵敏度。然而，理论求解SPR信号的相位差时通常会出现相位跳变的情况，致使理论与实验结果不能直接对应，需要人为修正。提出一种新的相位求解方法——相位解卷绕法，通过不同厚度金膜修正前后的SPR相位差的计算结果与实验结果对比表明：相位解卷绕法修正后的解调结果不再出现相位跳变现象；且相位差变化量随金膜厚度的增加呈先增加后减少的趋势，即存在一个对应于相位差极大值的最佳金膜厚度。相位解卷绕法解决了SPR相位解调中的相位跳变问题，使理论计算能直接对应实验结果。

金属是组成超材料的重要成分, 因此确定金属的表面二阶非线性系数对超材料非线性的研究十分重要。使用高灵敏度的光谱仪测量倍频信号, 通过二阶非线性系数已知的石英晶体的Maker条纹对采集信号定标。实验上使用波长为800nm的飞秒激光为光源, 系统地测量了入射角10°到80°范围内, 不同偏振的飞秒激光入射到基于真空气相沉积镀制的35nm金薄膜上产生的倍频光强度, 从而确定金膜的三个二阶非线性系数。实验测量数据与理论拟合一致。

利用超快泵浦探测技术, 研究了近红外飞秒强激光脉冲作用下, 金膜中的超快电子动力学过程。研究发现, 800 nm飞秒激光激发后, 金膜的瞬态反射率存在一个下降过程。通过对金膜的瞬态反射率光谱进行分析和模拟, 发现主要是自由电子弛豫和带间双光子跃迁这两种电子动力学过程综合作用的结果。利用双温模型, 模拟了800 nm飞秒激光作用下金膜的温度弛豫和瞬态反射率变化过程, 理论计算结果与实验结果符合良好。

The optical fibers, coated with plasmonic active metal films, represent the simple and unpretentious sensors, potentially useful for measurements of physical or chemical quantities and wide range of analytical application. All fiber-based plasmonic sensors operate on the same physical principle based on changes in the position of the plasmon absorption peak induced by a variation of surrounding medium refractive index. However, the observed spectral differences are often weak, and thus an enhancement of sensor sensitivity is strongly required. In this paper, we propose the immobilization of gold nanoparticles with sharp edges on the thin gold layer, deposited on the multimode fiber surface for improvement of the sensor functionality. The morphological and compositional changes in the gold covered fiber surface were determined by using the atomic force microscopy, scanning electron microscopy, and energy-dispersive X-ray spectroscopy methods. As a result of gold nanoparticles immobilization, the pronounced plasmon energy concentration near the fiber surface occurred, thus enhancing the response of the proposed hybrid plasmonic system to the variation of ambient refractive index. The position of plasmon absorption in the case of the created plasmonic structure was shown to be more sensitive to the changes in the surrounding medium in comparison with the standard sensors based on the bare gold layer.

本文研究了强激光辐照下漫反射金膜在近红外波段的反射特性, 建立了漫反射金膜表面反射率在线测试系统, 得到了不同激光参数辐照下膜层表面反射率变化曲线。检测了金膜表面氧化产物的主要成分, 给出了氧化产物的生成机理。根据氧化理论和单层膜反射理论建立了金膜表面反射率变化计算模型, 并基于该模型分析了膜层氧化对激光辐照温升的影响。结果表明: 强激光辐照下漫反射金膜表面生成了一层光学薄膜, 组分为NiO, 生成速率满足对数定律; NiO薄膜对入射激光的吸收是金膜表面反射率下降的主要原因, 而且辐照光强越强膜层氧化越快。

采用射频溅射技术在平板玻璃基底上淀积约60 nm厚的金银合金薄膜,然后在室温下通过化学脱合金法形成附着力强、大面积均匀的纳米多孔金膜(NPGF)。利用自建的宽光谱表面等离子体共振(SPR)检测平台获得了暴露于空气中的NPGF在可见-近红外波段的共振光谱,利用菲涅耳公式结合Bruggeman介电常数近似方程拟合实验结果,得到NPGF的孔隙率约为0.38。研究了NPGF-SPR传感器对不同浓度水溶液中的Pb ²⁺离子和三聚氰胺的响应特性,结果表明该传感器能够对水溶液中浓度为1 nmol·L ^-1的Pb ²⁺及三聚氰胺作出明显响应。对比实验显示NPGF-SPR传感器的灵敏度远高于常规的致密金膜SPR传感器。

为了提高光纤EFPI传感器的灵敏度, 提出了一种新型EFPI传感结构, 并对其温度特性以及横向负载特性进行了研究。首先, 介绍了采用端面镀钯金膜的光纤EFPI传感器的结构及其制作方法; 接着, 建立了镀钯金膜光纤EFPI的温度传感模型, 并通过Solidworks、Hypermesh与有限元分析软件ANSYS联合仿真, 对它在不同受压力下进行理论模拟, 获得了腔长变化与压力之间的关系; 最后, 对传统的光纤EFPI与镀钯金膜光纤EFPI的温度和横向负载特性进行了对比试验。试验结果表明, 镀钯金膜光纤EFPI的温度灵敏度为6.083 pm/℃, 具有温度自补偿特性; 它对横向负载的检测灵敏度可达40.83 m/g, 相对于传统的光纤EFPI横向负载的灵敏度提高了2.10倍。实验结果与理论分析相符合, 为实际制作具有温度自补偿的高灵敏度光纤EFPI传感器提供了理论与实验依据。

采用Kretschmann结构激发表面等离子体,利用多孔陶瓷材料SiO2作感湿材料,当外界环境的相对湿度变化时,引起感湿层SiO2的折射率发生相应变化,导致表面等离子体共振角发生偏移.采用有限元法对传感系统在不同感湿层折射率下的反射谱进行了模拟分析,并根据反射谱的共振半峰宽和共振峰深度对金膜的厚度进行优化.研究结果表明:金膜的最佳厚度为55 nm,反射谱的共振角偏移量与感湿层折射率变化呈线性关系,湿度检测的分辨率高达0.37%RΗ,灵敏度达到0.03°/% RH .该研究对基于表面等离子体共振原理的湿度传感器的研制与应用具有一定意义.

采用亚硫酸金钠为主盐, 在阳极氧化铝模板上进行了化学镀和电镀金实验研究。通过扫描电子显微镜和X射线衍射分析测试表明:采用以上两种方法均能制备出纳米多孔金薄膜。两种方法制备的多孔金薄膜微观结构存在较大的差异。化学镀制备的多孔金薄膜微观上是枝晶状的, 电镀制备的多孔金薄膜微观上由纳米线构成。