1 山西大学物理电子工程学院，山西 太原 030006
2 山西大学激光光谱研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室，山西 太原 030006
3 山西大学极端光学协同创新中心，山西 太原 030006
设计了一种基于金属铑（Rh）和二氧化硅（SiO2）材料的紫外线吸收器，其单元结构由Rh衬底、SiO2电介质层和Rh图案层构成。采用有限元方法（FEM）分析了该吸收器的吸收特性与入射波波长、入射角、方位角和几何结构参数的依赖关系。结果表明，该紫外线吸收器通过表面等离子体共振效应达到吸收目的。通过调整单元结构的几何参数，可以调整该吸收器的吸收特性。由于结构的旋转对称性，该吸收器具有偏振不敏感性。在所有结构参数均采用最优值的情况下，当入射角为0°~45°、波长为200~400 nm时，均能获得90%以上的高吸收率。吸收率为95%的波段为250~300 nm及325~400 nm。所设计的紫外线超宽带吸收器具有优良的吸收性能。采用的Rh金属为紫外波段内吸收材料的选择提供了新的选项。研究结果为紫外线吸收器的设计、制作和应用提供了参考。
光学器件 紫外线吸收器 宽带 Rh 表面等离子体共振
提出了一种金纳米十字双层等离子体结构阵列(BPNA), 采用有限时域差分法(FDTD), 计算了金纳米十字孔阵列、金纳米十字薄片阵列、二氧化硅阵列对结构透射性能的影响。计算得出的透射光谱中, 三者均对局域表面等离子激元(LSP)产生了影响, 产生的LSP共振峰强度和位置取决于十字孔的宽度、长度以及厚度和十字薄片的宽度、长度以及厚度, 通过增加介质层厚度分析出两个LSP共振峰的产生原因主要取决于十字孔缝产生的LSP或十字薄片产生的LSP, 而替换二氧化硅选用理想介质同样对LSP共振峰产生影响。对等离子体结构进行参数调节可以改变其透射性能, 调节后的半峰宽度(FWHM)高达0.72m, 透射强度高达0.96, 可以用来实现天线的高性能传输, 还获得了较高的灵敏度(FOM)值为17.22m/RIU, 对实现高性能的LSP传感器和光学器件有一定借鉴意义。
双层等离子体结构阵列 局域表面等离子体共振 半峰宽度 灵敏度 bi-layer plasmonic nanostructure array localized surface plasmon full width at half maxima figure of merit 量子光学学报
2023, 29(4): 040801
1 南京信息工程大学 电子与信息工程学院 江苏 南京 210044
2 南京信息工程大学 江苏省大气环境与装备技术协同创新中心 江苏 南京 210044
本文提出一种基于表面等离子体共振(SPR)效应的光纤光栅温湿度传感器, 以光纤布拉格光栅(FBG)作为温敏器件, 并在光纤包层外镀40 nm厚的银纳米薄膜, 以聚乙烯醇(PVA)作为湿敏薄膜, 通过观测共振峰的偏移以及光纤光栅中心反射波长的偏移来实现对周围环境温湿度变化的监测。实验结果表明, 该传感器在温度20℃～70℃范围内, 灵敏度达到0.020 3nm/℃; 在相对湿度30%RH～80%RH范围内, 平均灵敏度达到-0.99nm/%RH。该传感器稳定性好, 交叉敏感性弱, 可在多场景中广泛应用。
光纤光栅 表面等离子体共振效应 湿度传感 温度传感 fiber grating surface plasmon resonance effect humidity sensing temperature sensing 量子光学学报
2023, 29(3): 030901
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
1 西安交通大学生命科学与技术学院生物医学光子学与传感研究所，生物医学信息工程教育部重点实验室，陕西 西安 710049
2 西安交通大学食品装备科学与技术学院，陕西 西安 710049
随着社会的发展，人类对疾病标志物、食品有害因子、环境污染物等的高灵敏和高特异性检测需求不断增长。基于表面等离子体共振（SPR）的传感器作为一种无标记、灵敏度高、可用于实时检测的生物传感器，在检测各类生物化学分子方面展现出了巨大的应用潜力。本文总结了近年来常用或正在快速发展的5种SPR传感器调制方式，在每种调制方式研究现状的基础上，根据近年来增强SPR传感器的研究，从纳米材料敏化和传感器结构优化两个方面总结讨论了增强传感信号的方法，以克服传统SPR传感器灵敏度较低且难以检测低浓度、低相对分子质量物质的缺点。
表面光学 表面等离子体 表面等离子体共振 生物分子检测 高灵敏检测 传感器增敏策略 中国激光
2023, 50(21): 2107402
1 武汉理工大学理学院，湖北 武汉 430070
2 梁园区科学技术局科学技术情报研究所，河南 商丘 476000
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。
表面等离子体共振 相位解调 相位解卷绕法 干涉测量 金膜 光学学报
2023, 43(20): 2024003
1 河北工业大学 电子信息工程学院 先进激光技术研究中心，天津 300401
2 中国电信股份有限公司 河北雄安新区分公司，河北 雄安新区 071000
3 河北工业大学 机械工程学院，天津 300130
有机溶剂中的水杂质强烈影响化学反应的进程。然而，目前检测痕量水的方法仍存在操作复杂、实验试剂毒性高、检测灵敏度低、无法实时监测等不足。为了克服这些缺点，提出了一种在可见光波长范围内银和丝蛋白结合的D型光纤传感器。该传感器利用金属银和丝蛋白作为主要材料，利用二者出色的传感特性，设计了一种可见光波长的光纤传感器，用于高灵敏度有机化合物中的痕量水检测。研究结果总结如下：首先，提出了在可见光波长范围内银和丝蛋白结合的三明治结构，银被用作外部夹层来诱导表面等离子体共振效应。通过理论分析，观察到所提出的D型光纤传感器表面的双层银结构与单层银结构相比，可以诱导强光局部化。在接下来的尺寸选择过程中，对丝蛋白初始厚度、空气孔大小、银光栅的高度、数量、间距和下层银厚度进行了优化，得到了最佳传感结构，对有机物中痕量水的检测灵敏度高达1.39 nm/ppt (1 ppt=10−12)，与同类型的痕量水传感器相比具有较大的优势。另外，拟合线的R2大于0.999，达到了预期的效果。
双层金属银膜 丝蛋白 痕量水传感器 表面等离子体共振 double-layer silver film silk protein trace water sensor surface plasmon resonance 红外与激光工程
2023, 52(8): 20230394
1 上海理工大学光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
2 教育部光学仪器与系统工程研究中心, 上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093
本文通过电子束蒸发技术制备了金属锡掺杂浓度不同的一系列ITO薄膜。采用X射线衍射仪、原子力显微镜、紫外-可见光-近红外分光光度计、四探针测电阻仪和Z扫描系统分别对ITO薄膜的物相结构、微观形貌、光学吸收、方块电阻和非线性光学性能进行测试和表征。结果表明, 随着金属锡掺杂浓度由10%增加到30%: ITO薄膜的结晶质量增加; 薄膜表面粗糙度增加, 晶粒尺寸逐渐增大; 等离子体吸收增强, 且吸收峰的位置发生红移, 光学带隙变窄; 薄膜的方块电阻不断减小; 非线性吸收系数逐渐增加, 绝对值最大可以增至2.59×10-7 cm/W。时域有限差分拟合结果表明金属锡掺杂浓度不同的ITO薄膜电场强度变化规律与实验结果相一致。
氧化铟锡 局部表面等离子体共振 非线性光学响应 Z扫描 增强电场 掺杂 电子束蒸发 ITO LSPR nonlinear optical response Z-scan enhanced electric field doping electron beam evaporation
