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。

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。

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。

基于贵金属表面局域等离子体共振(LSPR)调控上转换荧光的研究绝大部分集中于纳米颗粒或纳米棒, 即使同一复合结构对上转换荧光(UCL)也有或增强或猝灭的截然相反的报道, 而对于进一步提高上转换荧光材料的效率和强度以满足更广泛的应用需求则越来越引起人们高度关注。本文通过构筑两种纳米金/上转换纳米晶复合结构, 系统研究了各自的表面局域等离激元对上转换荧光的增强和猝灭效应, 基于微结构表征及对稳态、瞬态荧光光谱的分析, 阐述了波长依赖的上转换荧光增强和猝灭机理。结果显示超薄纳米金壳结构对Ho3+、Fe3+共掺杂纳米晶的绿光发射选择性地增强了25倍, 源于激发光能量与LSPR能量匹配的激发增强机制, 而在覆盖有超薄纳米金膜的上转换纳米晶复合结构中却观察到了金膜引起的Er上转换荧光猝灭, 同时红绿比随金膜厚度增加而增大, 来自于金膜对激发光的散射、金膜的LSPR吸收带与绿光发射能级耦合引起无辐射跃迁几率增加, 绿光上转换荧光强度下降相对显著, UCL寿命变短。

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。

对比分析了单、双光束偏振倍频技术在确定各向同性纳米金膜二阶非线性效应方面的优劣势。研究结果表明基于射频磁溅射方法制备的100 nm 金膜样品具有面内各向同性特征。在单光束手性实验装置中，当采用p 线偏振起始光并探测(p±s)偏振倍频光时，纳米金膜的实验拟合展开系数不唯一，改以s 或(p+s)偏振为起始光时，相应实验展开系数唯一；而对于双光束技术相关展开系数的唯一性则不受起始光偏振条件的限制。单光束技术仅能测定纳米金表面结构对称性破缺产生的有效表面电偶极贡献，双光束技术则能实现其内部多极贡献(磁偶极和电四极效应)的完全分离；由两实验装置确定的非零独立二阶非线性极化率张量元在数值和位相上接近，当仅考虑纳米金的表面电偶极效应时，双光束技术测得的张量元可实现其质量自检验。在表征纳米金膜的非线性效应方面，双光束技术更具优势，且这一结论适用于具有高对称结构的薄膜/块体材料。

采用多巴胺化学还原法制备了分散性良好的金溶胶,在硅片表面组装成膜,并应用其作为表面增强拉曼散射(Surface enhanced Raman scattering,SERS)基底在线检测牛奶中的三聚氰胺.通过场发射扫描电镜与原子力显微镜表征金膜形貌,金颗粒的平均粒径约为100~200 nm,形成的金膜均匀致密,表面粗糙度为51.705 nm,适合作为SERS基底.应用搭载该金膜的流动检测装置,实现了对溶液及牛奶中三聚氰胺的实时检测.

根据倾斜光纤光栅(TFBG)和表面镀金的TFBG传感器测量折射率的基本原理, 通过OptiGrating软件模拟了不同浓度溶液下TFBG的透射谱和芯层模与某阶包层模耦合引起的谐振峰, 初步得出了TFBG各阶包层模随着外界折射率的增大而向右偏移、 在一定的传感范围内中心波长与外界折射率呈线性关系的结论。 用小型离子溅射仪对TFBG镀45 nm厚度左右的金膜, 并用扫描电镜在微观上观察镀膜效果。 通过不同浓度下的NaCl溶液、 MgCl2溶液、 CaCl2溶液实验, 对比研究了裸TFBG和镀金TFBG传感器对溶液折射率的传感特性。 从而验证了模拟仿真得出的结论并定量分析得知: 镀金后具有表面等离子体共振的TFBG溶液折射率灵敏度大于500 nm·RIU-1, 而裸TFBG为2 nm·RIU-1左右, 大约提高了200～300倍, 且在一定范围内中心波长与溶液折射率的线性拟合度都在0.99以上。

为了打破传统的表面等离子体共振(SPR)生物传感器灵敏度不高的限制, 近年来纳米材料在SPR生物传感器中的运用得到广泛的研究。 但是纳米材料的制备一般都比较困难而且费用高昂, 这给研究带来了困难。 笔者采用化学腐蚀法制备出一种纳米多孔金膜, 利用扫描电子显微镜和光谱仪等测试手段对该金膜的结构和光学性质进行了分析, 并将该金膜用于SPR生物传感器实验研究。 结果表明, 与传统的平面金膜相比, 该纳米多孔金膜具有独特的局域表面等离子体共振效应。 装配有该金膜的SPR生物传感器在对生物试剂的检测中灵敏度有了一定程度的提高, 且该金膜的制备方法简单, 成本低廉, 完全可以替代传统的平面金膜使用