1 上海工程技术大学 电子电气工程学院, 上海 201620
2 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
为了掌握长程表面等离子体波的共振角度、共振峰半峰全宽以及衰减峰深度等重要特性, 采用棱镜耦合激发介质-金属薄膜-介质对称结构中的长程表面等离子体波, 研究了金属膜材料、厚度、介质折射率及介质厚度等参量变化时对长程表面等离子体波特性的影响。结果表明, 实验中激发的长程表面等离子体波的衰减峰半峰全宽比传统的窄1~2个数量级;当介质膜厚度为500nm和1300nm时, 激发的表面等离子体波的衰减深度只有薄膜厚度为700nm和1000nm时的1/2左右;随着介质膜厚度的增加, 半峰全宽减小, 金属膜越薄, 衰减深度越深, 衰减峰的半峰全宽值越小;介质膜折射率的改变对于半峰全宽的影响不明显;金属膜参量的变化将改变共振峰的位置。该研究为长程表面等离子体波的激发及应用于传感领域提供了有效依据, 有利于其在波导和生物传感等方面的应用。
物理光学 特性影响 棱镜耦合 长程表面等离子体波 physical optics influence on characteristic prism coupling long-range surface plasma wave
1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院 上海市现代光学系统重点实验室,上海 200093
2 上海工程技术大学 电子电气工程学院，上海 201620
设计并制备了离子交换单模条波导，用于激发等离子体表面波。研究了波导设计过程中相关参数的确定方法、条波导制备过程涉及的二维扩散问题，折射率分布以及等离子体表面波的激发等。基于Ag+-Na+离子交换技术在德国B270光学玻璃上制备出渐变型平面波导，采用余误差函数拟合其折射率分布，得到了一定工艺参数下的光波导扩散系数Deff与折射率增量值Δn。在此基础上，利用等效折射率法给出单模波导条件，设计相应的工艺参数，以光刻技术为核心在0.1%AgNO3~99.9%NaNO3混合熔融盐中实验制备了单模条波导，并进行模场分布测试。结果表明,制得的单模条波导具有良好的单模特性; 在此波导上镀50 nm的金膜，采用40%~70%的甘油溶液进行测试，可激发等离子体表面波。
单模条波导 离子交换 等离子体表面波 single-mode stripe waveguide ion-exchange surface plasma wave 光学 精密工程
2011, 19(10): 2342
国防科学技术大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
从平面电介质金属薄膜电介质对称结构中表面等离激元的色散方程出发，建立模型推导得到了同轴电介质金属薄膜电介质结构中表面等离激元的色散方程，在这种结构中各阶模式都发生了分裂，形成了高折射率高损耗和低折射率低损耗的两种模式，该模型为理解同轴电介质金属薄膜电介质结构表面等离激元模式的传播提供了直观的图像。用色散方程计算了0.5~1.5 μm波长范围内各阶模式的等效折射率以及传输损耗，并将该结果与有限元方法数值模拟得到的结果进行对比分析，分析表明，两者吻合得很好。并分析了计算结果以及色散方程的适用范围。
表面光学 表面等离激元 长程表面等离子体波 色散关系 有限元法 光学学报
2011, 31(10): 1024001
1 南京航空航天大学智能材料与结构重点实验室, 江苏 南京 210016
2 广西大学有色金属及材料加工新技术教育部重点实验室, 广西 南宁 530004
讨论了光纤表面等离子体波传感器的工作原理, 并对将其用于监测以甲基橙为代表的环境污水降解过程的可行性进行了探讨。 用光纤SPR传感器监测了50 mL初始浓度为30 mg?L-1的甲基橙原溶液在降解过程浓度的变化, 对降解过程中光纤SPR传感器的光谱进行了详细的分析； 同时采用紫外-分光光度计对降解过程中溶液浓度的变化进行了监测, 并对2种方法所测的数据进行了分析对比。 结果表明, 光纤SPR同常规方法的测量结果一致, 随着降解时间的增加, 甲基橙溶液的吸光度和浓度逐渐减小, 光纤SPR传感器的共振波长逐渐发生蓝移, 同初始标定的甲基橙原溶液共振光谱比较, 说明甲基橙逐渐被降解, 且在2 h内降解率达到73%, 说明用光纤SPR传感器监测污水降解过程是完全可行的。 研究结果不仅为环境污水降解过程提供了一种新的监测方法, 同时促进了我国SPR传感技术与环保监测研究结合, 为光纤SPR技术走向实用, 并最终实现产业化积累了经验。
SPR光谱分析 表面等离子体波 光纤传感器 污水降解监测 SPR spectrum analysis Surface plasma wave Optic fiber sensor Sewage degradation monitoring
1 南京航空航天大学航空科技智能材料与结构重点实验室, 江苏 南京210016
2 平顶山工学院, 河南 平顶山 467000
采用SG-12SA作为镀膜设备, 研究了当金膜厚度相同的情况下, 光纤表面等离子体波传感器在有粘结层和无粘结层时的光谱特性; 当粘结层厚度相同时, 光纤表面等离子体波传感器对应不同金膜厚度的光谱特性。结果表明：对镀有同样金膜厚度的光纤表面等离子体波传感器, 纤芯与金膜之间有粘结层相对于无粘结层, 共振波长出现红移, 且共振深度减小; 对镀有同样粘结层厚度的光纤表面等离子体波传感器, 随着金膜厚度的增加, 共振波长亦逐渐发生红移。这些研究成果为以后研制性能优良的光纤传感器提供了参考, 同时为在直径为微米级的三维圆柱面上镀膜提供一定的指导意义。
光纤光学 折射率 表面等离子体波 粘结层 金膜
南京航空航天大学智能材料与结构航空科技重点实验室, 南京 210016
研究了一种基于表面等离子体波共振(SPR)光谱分析的折射率检测新方法。研究发现, 表面等离子体波共振效应光谱特征的折射率灵敏度会随着液体性质变化而发生改变。根据折射率测量范围不同, 分别选择共振波长和共振强度作为检测参量, 实现理论折射率分辨力达到10-5数量级以上。在理论分析和实验基础上, 设计出一种基于共振光强检测的终端反射式光纤表面等离子体波共振效应传感系统, 采用将传感信号和基准光信号的比值作为液体折射率变化的度量值。在1.3325～1.3991的折射率测量范围内, 度量值与折射率之间呈现单调递减关系, 线性相关系数为0.9983。通过定义耦合系数, 还可实现对表面等离子体波共振效应效应强弱和变化趋势的评估。
光纤光学 表面等离子体波共振 共振光强检测 液体折射率
1 上海交通大学物理系, 上海 200240
2 江西师范大学物理与通信电子学院, 南昌 330027
3 南昌大学理学院, 南昌 330047
单调变化的渐变折射率波导的表面折射率大于波导基模的有效折射率，因而不能用传统的m-线方法测量。利用分析转移矩阵(ATM)方法研究了渐变折射率波导中的表面等离子波，提出了一种确定波导近表面折射率的实验技术，在波导折射率分布的拟合中，得到了比传统逆WKB方法更为合理的结果。
导波光学 折射率分布 分析转移矩阵方法 表面等离子波 渐变折射率波导
1 南京航空航天大学航空科技智能材料与结构重点实验室,南京 210016
2 东南大学无线电工程系,南京 210096
利用表面等离子体共振效应,研究了金属镀层厚度对光纤表面等离子体波传感器的影响。在其它参量一定的情况下,不同金属膜层厚度的传感器对应着不同的共振波长,根据这一特性设计了分布式光纤表面等离子体波传感器。突出优点是能进行多点测量。
物理光学 表面等离子体波共振效应传感器 金属镀层厚度 多点测量
1 清华大学精密仪器系,精密测量技术与仪器国家重点实验室,北京,100084
2 清华大学,应用物理系,北京,100084
提出了一种基于表面等离子体波(SPW)的纳米定位指零新方法.一个光纤探头可以等效于一个四层介质棱镜-金属膜-空气-光纤系统.分析了探头得到的近场光强度.分析表明光纤耦合到的光通量随空气层间距变化,利用这个特点可以建立纳米定位指零系统.实验表明该系统在1℃恒温条件下20 min内的定位重复性标准偏差可以达到2 nm,分辨率为0.1 nm/nV.
纳米指零 表面等离子体波 非接触测量
1 上海交通大学应用物理系, 上海 200030
2 上海交通大学应用材料科学系, 上海 200030
采用衰减全反射(ATR)技术,单波长激励金属膜表面等离子激元波(SPW)的共振吸收峰,在考虑金属膜表面粗糙度的情况下,用非线性最小二乘曲线拟合同时确定出了金属膜厚度与介电常数,并在另一波长下获得验证。
衰减全反射 表面等离子激元波 曲线拟合
