近年来，Rh纳米结构因在紫外波段有较强的局域表面等离激元共振（LSPR）效应，且材料的物理化学性能稳定，引起了广泛关注。以Rh纳米结构为研究对象，采用时域有限差分法系统地模拟并分析200~400 nm波段圆柱状Rh纳米阵列结构的消光特性和电场强度分布，以此研究Rh纳米结构的局域表面等离激元共振特性。结果表明：Rh纳米结构的LSPR特性与其直径、高度、间距以及周围折射率都有极强的相关性。通过这些参数的变化可以有效调制Rh纳米结构的LSPR共振波段，这对实现Rh纳米结构LSPR效应在紫外吸收、探测等相关领域应用具有重要参考意义。

设计了一种气固两相高温光学样品池，模拟同时存在颗粒物的气体探测环境，并通过搭建可调谐二极管激光吸收光谱测量系统，对颗粒物环境下的温度与乙炔体积分数测量技术进行研究。使用质量流量计配置体积分数为0.1%~1%的乙炔气体，并设计颗粒物播撒装置，将直径为125 μm的石英砂颗粒与不同体积分数的乙炔气体混合通入样品池，在样品池外侧设置纤维加热腔进行温度控制，产生不同温度的样品环境。使用中心波长为1540 nm的DFB激光器，通过对6489.07 cm^-1与6490.02 cm^-1位置处的一对乙炔吸收谱线进行同时探测，实现了对温度与乙炔体积分数的同时测量。分析发现，500~1000 K温度范围内的温度测量一致性R²≈0.998，相对平均标准偏差为3.05%，乙炔体积分数测量一致性R²≈0.995，相对平均标准偏差为2.65%。此系统满足颗粒物环境下气体光谱探测研究的需求，可为气固两相环境下的光谱探测技术研究提供参考。

为了研究消光光谱颗粒粒径测量方法影响因素, 搭建了消光光谱颗粒粒径测量实验系统, 建立了非线性最小二乘颗粒粒径反演算法, 并选用900 nm、2.1 μm与5.1 μm三种标准颗粒作为待测颗粒样品, 开展了不同波段范围、波长选取数及颗粒浓度下消光光谱颗粒粒径测量实验研究。结果表明: 消光光谱颗粒粒径测量过程中, 光谱波长范围、波长数以及颗粒浓度等参数的选取均会对反演精度造成较大影响; 光谱信噪比是光谱波长范围选取的重要指标; 存在光谱波长选取数精度阈值, 采用该阈值进行颗粒粒径反演, 既可以保证测量精度, 又可以避免光谱数据冗长导致反演计算速度降低; 颗粒粒径反演选取待测颗粒系消光值约0.75时达到最佳。

研究了金纳米颗粒在超短激光脉冲作用下发生的形貌变化,以及由此导致的局域化表面等离激元共振光谱的变化,即“相变”效应。利用化学合成的金纳米颗粒胶体制备由随机分布的金纳米颗粒阵列构成的薄膜。将飞秒激光脉冲作用于薄膜表面,监测激光作用前后样品的显微结构图像和消光光谱的变化。实验结果表明:金纳米颗粒在激光脉冲作用下发生微区熔融、团聚等物理过程,导致金纳米颗粒形貌发生变化和等离激元共振光谱红移。

单金纳米棒（gold nanorod AuNR）的远场光学技术在近几年引起了相当大的关注。 由于金纳米棒（AuNRs）独特的局部表面等离子体共振（localized surface plasmon resonance LSPR）特性, 金纳米棒颗粒非常适合高度传导定域在表面的化学或物理刺激产生的光信号。 根据该课题组的研究经验, 对AuNR的光学探测和光谱学方法的原理、 应用、 进展和纳米系统表现出新奇的光学特性进行了综述。 较为全面地介绍了: (1)AuNR散射光谱相关的各类技术, 包括: 暗场技术, 零差和外差技术, 光子晶体技术, 空间调制和偏振调制技术等； (2)AuNR散射光谱特性, 包括: 光谱线形函数, 线宽, 衬底对光谱的影响以及理论和实验光谱的对比等； (3)相关光谱技术近年来的发展。 重点研究了基于LSPR的远场光学散射方法。 主要是基于AuNR线性的方法, 如直接和间接的散射检测方法。 注重强调了介质环境（如底物, 表面结合的分子或其他纳米材料等）的重要性以及对散射光谱和消光幅度的影响。 特别注重的是AuNR表面及形貌的定量方法及其相关性研究, 无论是直接的还是间接的散射的方法, 大都给出实验与理论模型精确的比较。 这些实验和理论工具的结合可以详细解释单金纳米棒的光学性质。

本文用时域有限差分法研究了六角星形Ag纳米结构的消光光谱及其传感特性。计算结果表明,随着顶角角度从20°逐渐增大到140°,六角星形Ag纳米结构消光光谱峰值波长出现蓝移现象,并且强度逐渐减弱。折射率灵敏度受顶角角度影响变化很大,但角度变化对消光光谱的半高全宽的影响较小,品质因数主要受折射率灵敏度的影响在30°时最大。对于实验中顶角钝化的情况,本文分析发现,顶角钝化程度对其消光光谱也有一定影响,品质因数会随着顶角钝化的增加而减小,传感特性减弱。

利用离散偶极近似(Discrete Dipole Approximation,DDA)方法系统研究ITO/Ag、CdS/Ag、和ZnS/Ag纳米核壳结构的消光特性。研究结果表明,银纳米核壳的表面等离子体共振吸收峰位置随周围介质折射率和颗粒核壳比的增大逐渐红移;且当核壳比相同时,较大球径纳米核壳的消光峰位置处在长波长处。研究亦发现,银壳与化合物之间存在显著的电子迁移现象,相同球径的银表面电子密度降低程度由高到低为CdS/Ag、ZnS/Ag、ITO/Ag。

在可见光范围内,对消光光谱法颗粒测量技术中的病态性问题进行分析,对目标函数的极值情况和反演计算结果进行了计算讨论,并对标准聚苯乙烯颗粒进行了实验测量和反演计算.模拟计算和实验结果表明,在消光光谱法测量中,亚微米级颗粒的病态性表现得尤为严重,目标函数极值情况和反演结果对误差非常敏感,反演结果的稳定度和准确度较差.为保证测量结果准确性,应尽可能减小测量误差.微米级颗粒对应的目标函数极值情况和反演计算结果则较为理想.

利用离散偶极近似(Discrete Dipole Approximation-DDA)算法, 从理论上模拟分析了金银核壳结构复合纳米颗粒的消光光谱以及不同核壳厚度、不同介质折射率情况下峰位的变化情况。研究结果表明, 随着壳层厚度的增加, 复合纳米颗粒的消光谱线先逐渐形成两个与单质金属纳米颗粒相似的消光峰, 后又逐渐合为一个半峰宽度较宽的消光峰;在不同介质环境中复合纳米颗粒的消光峰都随着介电常数的增大出现红移;无论是作为核层还是壳层, 银对总体消光谱线的作用都要比金强。

应用离散偶极子近似的方法计算了L型金纳米棒双体结构的表面等离子体共振引起的消光光谱及其近场电场分布。研究表明在入射光的偏振方向为45 °时双体结构的消光谱峰位发生蓝移; 当入射光的偏振方向为135 °时, 双体结构的消光谱峰位发生红移。两根纳米棒间距较小时, 由于相邻金纳米棒之间的电场强耦合作用, 表面等离子体杂化出现新的共振能级,两根金纳米棒的连接处出现强的电场分布, 这些结果对于金纳米棒结构在表面增强拉曼散射方面有一定的参考意义。