表面增强拉曼散射(SERS)是一种能够在低浓度(体积分数)下精确检测物质成分的光谱学技术。当采用金属纳米结构时,其局域表面等离激元共振(LSPR)导致的电磁场增强能够实现SERS增强。近年来,各种LSPR金属纳米结构被用于SERS研究,如纳米天线、纳米孔、纳米槽等。但这些结构一旦被加工完成后将不可改变,进而无法满足拉曼检测对灵活性的需求,而光镊能够解决这一问题。提出一种采用光力捕获金纳米立方体,并利用光热对流进一步促成金纳米立方体聚集的方法,实现了对低浓度(10 ^-12 mol/L)下拉曼分子信号的显著增强和探测,并且其增强效果优于金纳米球。与传统的SERS相比,所提方法具有实时操作、动态操作和原位操作的优势,在生物细胞探测、物质成分与结构分析、分子传感等重要领域具有潜在的应用价值。

将两个相位光栅分别作为分束和合束元件,生成了偏振态连续变化的非柱对称飞秒矢量光束。通过调节合束相位光栅的波矢方向,即可实现标量光到矢量光的转变,以及矢量光偏振态的调节。利用非柱对称飞秒矢量光在金属钨表面制备了由弧形条纹组成的二维周期性结构,在相邻弧形条纹偏移量(水平方向的周期)保持 560 nm不变的情况下,通过调节飞秒矢量光的偏振态分布,可使弧形条纹的底长(竖直方向的周期)逐渐减小至4 μm。微区反射谱测量表明:弧形周期条纹的存在明显减小了可见至近红外波段的反射率,且反射率随弧形条纹底长的减小而增大。飞秒激光的辐照没有改变金属钨表面的物质组分,因此,反射率的改变完全是由钨表面的二维周期性结构导致的。

基于有限元算法和Maxwell应力张量法, 分析了紧聚焦高斯光束照明下金基底表面的金纳米球所受光力。利用无结构的平整金基底, 被捕获的金纳米颗粒和金基底之间能够产生间隙表面等离激元和局域表面等离激元共振效应, 将电磁场局域在金球与金基底之间的纳米间隙内, 增强了金纳米球所受光力以及光阱刚度。通过研究入射光的偏振态、金纳米球的半径、基底类型以及聚焦光束焦点到基底表面距离对光力的影响, 得到了实现基底附近金纳米球稳定捕获以及获得最大光力的优化方案。