上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海 200093
采用有限时域差分(FDTD)法仿真了不同闪耀光栅结构上的银(Ag)薄膜模型。在633 nm的激发光下,闪耀光栅上周期为1/1200 mm、厚度为15 nm的Ag薄膜模型产生了较强的局域表面等离子体共振(LSPR)效应。利用机械刻划工艺和电子束蒸发镀膜工艺成功制备了这种Ag光栅薄膜,从而大幅降低了图案化电场增强薄膜的制备成本和难度。利用该电场增强Ag薄膜,基于表面增强拉曼散射(SERS),对亚甲基蓝染料进行检测,SERS信号强度增强,与FDTD仿真结果吻合。同时,基底不同位置处的主要特征峰强度的相对标准偏差(RSD)值都小于17%,薄膜表现出良好的均匀性和再现性。
薄膜 局域表面等离子体共振 有限时域差分法 金属薄膜 闪耀光栅 表面增强拉曼散射 中国激光
2023, 50(23): 2303101
光子学报
2023, 52(10): 1052410
闽南师范大学物理与信息工程学院,福建 漳州 363000
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。
光电子学 局域表面等离激元共振 Rh纳米结构 时域有限差分法 消光光谱 激光与光电子学进展
2023, 60(19): 1925001
闽南师范大学物理与信息工程学院,福建 漳州 363000
铟锡氧化物(ITO)作为一种高掺杂的半导体材料,其材料介电常数零点波长位于近红外波段,且其在近红外波段的吸收损耗较小,因此ITO可以成为近红外波段理想的局域表面等离激元共振效应(LSPR)材料。采用时域有限差分法模拟长方体状ITO纳米棒阵列的LSPR效应,通过调整ITO纳米棒的载流子浓度、尺寸、间距以及衬底折射率实现其红外波段LSPR共振峰的有效调节。这对于扩宽ITO纳米结构在红外波段LSPR效应的应用具有重要的研究意义。
材料 局域表面等离激元共振 ITO纳米结构 时域有限差分法 消光特性
1 吉林大学化学学院, 超分子结构与材料国家重点实验室, 吉林 长春 130012
2 吉林大学食品科学与工程学院, 吉林 长春 130062
3 吉林农业大学植物保护学院农业农村部大豆病虫害防控重点实验室, 吉林 长春 130118
常规的农药残留检测一般存在前处理操作复杂, 耗时较长, 方法不够灵敏等问题。 根据氨基与茚三酮显色原理和局域表面等离子体共振(LSPR)增强光吸收原理, 利用紫外-可见吸收光谱对水样品中草甘膦含量进行定量分析, 并利用密度泛函理论进一步分析了显色的类似罗曼紫产物的光吸收增强机理。 草甘膦与茚三酮在钼酸钠催化下反应生成类似罗曼紫产物; 该物质在紫外–可见吸收光谱570 nm处有最大吸收峰, 当其吸附在银纳米粒子(Ag NPs)表面上时, 最大吸收峰蓝移至568 nm处, 同时吸收强度显著提高; 本研究中检出限为2.017 4×10-11 mol·L-1, 显著低于文献中约6.5×10-7 mol·L-1的检出限。 Gaussian 09软件计算得出, 类似罗曼紫产物经由茚三酮的CO基团垂直吸附在Ag NPs表面, 静电势表明茚三酮的CO基团优先与Ag稳定相互作用并形成Ag-O键, CO基团和C-N基团构成了π键共轭系统; 连接草甘膦和茚三酮之间的C-N键是类似罗曼紫产物的生色团。 因此, 茚三酮衍生法可用于间接检测水样品中草甘膦, 银纳米粒子LSPR效应增强了光吸收强度, 比常规方法具有更高的灵敏度。
局域表面等离子体共振 类似罗曼紫产物 紫外-可见光谱 密度泛函理论 草甘膦 茚三酮 Localized surface plasmon resonance Purple color dye product Ultraviolet and visible spectrophotometry Density functional
1 华南师范大学生物光子学研究院,激光生命科学教育部重点实验室,广东 广州 510631
2 华南师范大学生物光子学研究院,广东省激光生命科学重点实验室,广东 广州 510631
贵金属纳米探针及其聚合体以优异的光热转换效率、良好的生物相容性及灵活可调的光学吸收峰位受到了光热治疗领域研究人员的广泛关注。本文通过有限元仿真定量演示了贵金属纳米探针聚集诱导的非线性光学及光热效应,系统地讨论了纳米颗粒的材质、尺寸、排列方式、聚集程度等因素对纳米探针光热转换效率的影响,并对局域表面等离子体共振耦合效应产生的非线性光场以及光热增强效应及其机制进行了深入定量分析。
生物光学 纳米探针 光热转换 局域表面等离子体共振 耦合效应
新疆师范大学物理与电子工程学院, 新疆 乌鲁木齐 830054
贵金属纳米颗粒具有局域表面等离子体共振特性而引起了广泛的关注, 其中Au-Ag合金纳米颗粒具有良好的结构稳定性、 光热性能以及潜在的抗癌功效而得到普遍研究。 在众多应用中的特性与其粒径和浓度密切相关, 然而目前常用的电子显微镜观察法和动态光散射法不能同时获得粒径和浓度信息, 因此采取有效手段测量颗粒粒径和浓度信息至关重要。 基于光谱消光法, 利用非负的Tikhonov正则化方法解决反演问题, 并根据Mie理论计算消光矩阵。 针对噪声问题, 采取两种情况研究多分散Au-Ag合金纳米球粒径分布与浓度的反演问题。 未添加噪声情况下, 颗粒系Ⅰ的反演相对误差小于颗粒系Ⅱ, 在波长范围300~500 nm之间的反演相对误差最小, 对应平均粒径、 粒径标准差和颗粒数浓度的反演相对误差分别为0%,-0.03%和0%。 添加随机噪声情况下, 将0.5%和1.0%的随机噪声添加进颗粒系Ⅰ中的消光谱, 经过数据比较发现在波长范围200~600 nm之间的反演相对误差最小。 当添加0.5%的随机噪声时, 粒径分布、 粒径标准差和颗粒数浓度的变化范围分别为79.76~80.15 nm, 5.60~6.61 nm和0.995 8×1010~1.005 9×1010个·cm-3; 当添加1.0%的随机噪声时, 粒径分布、 粒径标准差和颗粒数浓度的变化范围分别为78.87~80.27 nm, 5.36~9.00 nm和0.992 4×1010~1.027 7×1010个·cm-3。 反演结果随着随机噪声的增大, 变化范围也明显增大即反演相对误差增大, 并且每次添加相同随机噪声后的反演结果不同。 为了减少随机噪声导致的不稳定性, 对100次反演结果进行平均得到平均粒径、 粒径标准差和颗粒数浓度。 当随机噪声从0.5%增大至1.0%时, 其反演结果的相对误差均增大, 但是反演得到的粒径分布、 粒径标准差和颗粒数浓度相对误差均小于6%, 这说明通过反演算法得到的反演结果具有较好的稳定性。 研究表明, 光谱消光法为反演多分散Au-Ag合金纳米球粒径分布与浓度提供了一种简单、 快速的表征手段, 也对研究非球形纳米颗粒有启示作用。
消光法 光谱分析 复合纳米材料 局域表面等离子体共振 Mie理论 Tikhonov正则化 Light extinction Spectroscopic analysis Nanocomposites Localized surface plasmon resonance Mie theory Tikhonov regularization 光谱学与光谱分析
2022, 42(10): 3039
1 桂林电子科技大学研究生院,广西 桂林 541004
2 桂林电子科技大学广西精密导航技术与应用重点实验室,广西 桂林 541004
3 桂林电子科技大学电子工程与自动化学院,广西 桂林 541004
设计了一种新颖的石墨烯-金属纳米线阵列结构等离子体D型光纤传感器。在纤芯上利用石墨烯与金属纳米线产生的局域表面等离子体共振(LSPR)特性,达到提高折射率灵敏度的效果。采用全矢量有限元法对该结构等离子体模和纤芯模的色散关系进行分析,同时研究金属传感层厚度和金纳米线直径对传感器性能的影响,最后对三种不同结构(金膜结构、石墨烯-金膜-石墨烯结构、石墨烯-金属纳米线阵列结构)传感器的灵敏度进行比较。结果表明,采用优化后的结构参数,可使所设计的基于石墨烯-金属纳米线阵列结构的传感器灵敏度得到极大的提升。折射率为1.33~1.40时,所设计结构的最高灵敏度为7383.79 nm/RIU,平均灵敏度为4136.00 nm/RIU。该研究结果为下一代等离子体光纤传感器设计提供了理论依据。
光纤光学 石墨烯-金属纳米线 局域表面等离子体共振 D型光纤 折射率传感器 光学学报
2022, 42(19): 1906002
1 新疆师范大学物理与电子工程学院,新疆 乌鲁木齐 830054
2 新疆矿物发光材料及其微结构重点实验室,新疆 乌鲁木齐 830054
基于Mie理论分析单分散Au-Ag合金纳米球消光特性随粒径和波长的变化情况。在理论计算中,根据金属纳米颗粒中自由电子平均自由程的缩短效应对Au-Ag合金纳米颗粒的介电函数进行修正。基于消光特性提出了三种确定粒径和浓度的拟合公式,包括共振波长法、双波长消光法和改进的双波长消光法。结果表明,只要测得颗粒的消光谱,就能利用拟合公式反演颗粒的粒径和浓度。此外,对比三种方法的灵敏度和粒径范围发现,相比其他方法,共振波长法的原理更简单、速度更快。
散射 Mie理论 消光法 Au-Ag合金纳米球 局域表面等离激元共振 反演 激光与光电子学进展
2022, 59(7): 0729001