1 衡水学院物理与电子信息系，河北 衡水 053000
2 衡水学院应用化学系，河北 衡水 053000
时域有限差分（FDTD）方法在计算金属纳米结构的非局域特性时，往往需要更小的空间离散步长，当模型尺寸较大时会给计算带来困难。而描述金属非局域介电特性的流体力学模型由于纵向波矢的引入，给传输矩阵法（TMM）等半解析方法的运算造成不便。因此，提出了一种结合FDTD与TMM求解纳米金属非局域薄膜吸收率的方法。采用FDTD方法获得金属的反射系数和透射系数，并反演得到非局域金属的等效介电常数。将等效介电常数及模型参数代入TMM中，计算出完整结构的电磁特性。结果表明，该方法能很好地解决FDTD离散网格过小造成的内存不足和TMM中纵向波矢带来的计算复杂问题，且能快速完成分层纳米结构反射率、透射率和吸收率的计算。
薄膜 等效介电常数 非局域 金属纳米结构 激光与光电子学进展
2022, 59(21): 2131001
浙江大学光电科学与工程学院现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
光声转换是指利用光声效应产生声音的过程。脉冲光可以激发光声材料产生高频、宽带超声信号。金属纳米结构具有局域表面等离子体共振效应,因此具有高光学吸收和可调控性,是一种重要的光声转换材料,广泛应用在生物医学成像等领域。介绍光声转换的主要机制和原理,总结金纳米棒、金纳米圆盘、金纳米阵列等金属纳米材料的光声转换研究及应用进展,并对金属纳米光声材料的未来发展方向进行了展望。
光电子学 光声转换 金属纳米结构 局域表面等离子共振 激光与光电子学进展
2020, 57(13): 130002
1 苏州大学光电科学与工程学院, 江苏 苏州 215006
2 江苏省先进光学制造技术重点实验室与教育部现代光学技术重点实验室, 江苏 苏州 215006
对金属的复介电常数虚部进行了Kawabata-Kubo(K-K)修正,定量描述了表面等离激元产生的光学散射和吸收特性;利用米氏理论和电偶极子理论计算并分析了光入射到单个椭球状金属纳米微粒产生的消光特性;建立了椭球状纳米微粒周期阵列分布的光学偏振结构模型,利用COMSOL软件模拟计算了可见光到近红外波段的偏振光输出特性。以椭球的有效半径替代球半径,将K-K修正应用于金属椭球阵列结构的有限元模拟。修正后的金属纳米椭球阵列的透过率减小,消光光谱带宽增大,这与实验中单个金属颗粒的宽带强吸收特性趋势一致。
测量 金属纳米结构 Kawabata-Kubo修正 米氏理论 偏振特性
Author Affiliations
Abstract
1 MOE Key Laboratory of Material Physics and Chemistry under Extraordinary Conditions and Shaanxi Key Laboratory of Optical Information Technology, School of Science, Northwestern Polytechnical University, Xi'an 710072, China
2 Key Laboratory of Optoelectronic Technology and Systems (Ministry of Education), Chongqing University, Chongqing 400044, China
3 MOE Key Laboratory of Weak-Light Nonlinear Photonics, TEDA Applied Physics Institute and School of Physics, Nankai University, Tianjin 300457, China
We present a detailed analysis on mode evolution of grating-coupled surface plasmonic polaritons (SPPs) on a conical metal tip based on the guided-wave theory. The eigenvalue equations for SPPs modes are discussed, revealing that cylindrical metal waveguides only support TM01 and HEm1 surface modes. During propagation on the metal tip, the grating-coupled SPPs are converted to HE31, HE21, HE11 and TM01 successively, and these modes are sequentially cut off except TM01. The TM01 mode further propagates with drastically increasing effective mode index and is converted to localized surface plasmons (LSPs) at the tip apex, which is responsible for plasmonic nanofocusing. The gap-mode plasmons can be excited with the focusing TM01 mode by approaching a metal substrate to the tip apex, resulting in further enhanced electric field and reduced size of the plasmonic focus.
surface plasmon polaritons plasmonic tip nanofocusing metal nanostructures electromagnetic field enhancement Opto-Electronic Advances
2018, 1(6): 180010
哈尔滨工程大学理学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
基于光学异常透射现象的光纤传感器, 因其具有高度的近场增强效应和介电环境的高度敏感性等优点, 在化学、 生物医学等领域有广泛的应用前景。 但是由于在光纤端面加工周期纳米结构需要复杂的工艺或者昂贵的微加工仪器, 限制了基于光学异常透射现象的光纤传感器的发展。 针对这一问题, 提出了模板转移法在光纤端面加工金属周期纳米结构, 并搭建实验系统对应用该方法制作的光纤传感器的传感特性及其物理机理进行了研究。 实验结果表明, 模板转移法能够很好地完成在光纤端面加工高质量的周期金属纳米结构。 应用该方法制作的光纤传感器具有很好的传感特性, 传感器的最高灵敏度达到594.45 nm·RIU-1, 品质因数值达到33.12。
光学异常透射 光纤传感器 金属周期纳米结构 模板转移法 Extraordinary optical transmission Optical fiber sensor Periodic metal nanostructures Templates transfer
1 深圳大学纳米光子学研究中心， 广东 深圳 518060
2 深圳大学光电工程学院光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室， 广东 深圳 518060
光镊是捕获与操纵微纳颗粒的重要技术手段，其基本原理为光与物质之间动量传递的力学效应，具有非接触、操纵精度高等优点，广泛应用于物理、化学、生物及医学等科学前沿领域。近年来，表面等离激元因具有突破衍射极限和近场能量增强两大特性，为光镊技术的发展带来了新的突破口，成为国际上一个重要和前沿的研究方向。基于表面等离激元的新型光镊技术主要分为两类：结构型表面等离激元光镊技术和全光调控型表面等离激元光镊技术，它们在颗粒捕获精度、捕获范围、操纵动态性与操纵自由度等方面各有特色，吸引了国际上众多研究人员进行大量的理论研究和实验探索。表面等离激元光镊技术在纳米颗粒、金属颗粒捕获以及近场电磁场增强与调控方面展现了独特优势，在生物传感、表面增强拉曼散射等领域具有广阔的应用前景。
物理光学 表面等离激元 光镊 金属纳米结构 光学捕获 表面增强拉曼散射 光学学报
2016, 36(10): 1026004
1 湖南大学 信息科学与工程学院, 湖南 长沙410082
2 湖南大学 物理与微电子科学学院, 湖南 长沙410082
基于10 nm尺度图形加工技术, 通过改变金属纳米结构的大小和形貌, 利用金属纳米结构的表面等离子体共振性能开发出SEM纳米彩色图片制作技术, 使得图形的像素在60 nm尺度可控(约100万dpi)。利用图像处理技术可以快速生成加工版图, 而通过电子束曝光和沉积技术则能够得到结构不同的Au/Ag纳米颗粒。结果表明: 由于结构不同的Au/Ag纳米颗粒的表面等离子体共振性能不同, 使其发光性能覆盖了可见光波段。本文通过改变Au/Ag纳米颗粒的大小, 利用图像处理算法对不同大小的Au/Ag纳米颗粒进行排列组合, 从而得到SEM纳米彩色图片。
表面等离子体共振 纳米加工 金属纳米结构 图像处理 plasmon resonance nanofabrication metal nanostructures image processing
1 中国科学院光电技术研究所 微细加工光学技术国家重点实验室，成都 610209
2 中国科学院研究生院，北京 100049
3 湖南师范大学 物理与信息科学学院，长沙 410081
提出了一种基于金属纳米结构局域表面等离子体共振光谱的有机气体的传感方法.通过时域有限差分法设计了一种具有较高折射率灵敏度的三角形纳米柱阵列，并利用纳米球光刻法进行了制作.对乙醇蒸汽的传感实验结果证明，所制作的三角形银纳米柱对乙醇分子浓度非常敏感，其探测灵敏度达到24ppm/nm.该金属纳米结构传感有机气体的方法有望应用于环境监测等方面.
传感器 灵敏度 金属纳米结构 有机气体 Sensor Sensitivity Metal nanostructures LSPR LSPR Organic vapor
