银光栅/银纳米颗粒复合结构的光场增强研究

通过时域有限差分法模拟了银光栅/银纳米颗粒复合结构的消光光谱和分布于光栅槽底的银纳米颗粒周围的电场分布。光栅的周期显著影响光栅和纳米颗粒之间的耦合作用,复合结构的共振峰随周期的增加而红移;在不同激发波长下,纳米颗粒周围的电场随周期的变化呈现出不同的规律。为了考察这种复合结构在表面增强拉曼散射光谱(SERS)研究中作为基底时的增强效果,比较了复合结构在785,633,532nm激光激发下的光场增强随周期的变化规律,得到综合增强性能最优的光栅周期为520nm。为了进一步提高复合结构的光场增强效果,对光栅栅脊宽度进行了优化。在优化好光栅周期和栅脊宽度的基础上,从SERS基底化学稳定性的需求出发,仿真了在光栅表面添加4nm金膜层后的银-金光栅/银纳米颗粒复合结构的电场增强效果。     

基于COMSOL的柔性表面增强拉曼散射基底研究

为提高表面增强拉曼散射(Surface-enhanced Raman scattering, SERS)基底的性能，采用COMSOL Multiphysics仿真软件通过有限元法对两个相邻的纳米颗粒的模型进行仿真。仿真结果表明，当纳米颗粒半径一定时，增强因子随间距的增大而快速减小；当间距一定时，增强因子随半径的增大而增大，半径达到300 nm后，增强因子趋于稳定，且呈一定的下降趋势。同时，设计并构建了倒圆锥模型的SERS基底，仿真得到其增强因子为2.66×10⁵,相比于倒金字塔模型(增强因子为1.57×10⁵)具有更优异的性能。基于所得到的仿真结果对倒圆锥模型进行优化，银纳米颗粒间距从10 nm依次减小为5 nm,增强因子得到显著提高，极大地提高了表面增强拉曼散射基底的性能。     

新型光子晶体光纤近零平坦色散的研究

文章作者设计了一种新型的光子晶体光纤(PCF),在纤芯引入了一个小空气孔形成缺陷,并改变第一层空气孔的直径.采用平面波法研究了该PCF的色散特性,结果表明,该光纤能够得到比传统的PCF更低、更平坦的色散曲线;通过优化该光纤的结构参数,可以设计在1 350～2 010 nm波长范围内近于零的平坦色散PCF,其色散变化△D＜0.5 ps/(km·nm),在1 320～2 040 nm波长范围内色散斜率变化△D<,slope>＜0.02 ps/(km·nm<'2>).     

直接熔融塌陷光子晶体光纤马赫-曾德尔干涉仪的折射率传感特性

研制了一种直接熔融塌陷锥形光子晶体光纤(PCF)马赫-曾德尔干涉仪(MZI)传感器,它是通过电弧放电的方法使光子晶体光纤空气孔受热塌陷,从而直接在光子晶体光纤上形成一个锥区制作而成的,可通过控制电弧参数以及放电次数来灵活控制锥区结构。研究了不同锥区长度下的输出光谱及其传输光谱随外界(RI)折射率的变化关系。实验结果表明,随着锥区长度的增加,在整个波长范围内MZI输出光谱的自由光谱区减小,且自由光谱区在1554.34nm波长附近由33.38nm减小到7.86nm。在1.3414~1.3862折射率变化范围内,该传感器的折射率测量灵敏度可达276.38nm/RIU(RIU为折射率单位)。     

基于液体填充的光子晶体光纤温度传感特性分析

提出了一种基于在折射率引导型光子晶体光纤(PCF)中填充高折射率温度系数液体的新型折射率型光纤温度传感器.通过建立理论模型,设定入射波长和材料参数及完美匹配层边界条件,采用全矢量有限元法对六角形结构排列的折射率引导型光子晶体光纤的温度特性进行了分析.研究表明,在空气孔中填充液体乙醇,PCF模场分布随着温度变化明显,其有效折射率和限制损耗都随着温度升高而减小.相同的孔间距,占空比越大,输入波长越长,有效折射率和限制损耗受温度影响越大.当波长为1500 nm,占空比为0.7,温度从-20℃升至70℃时,限制损耗从3.5×102dB/m减小到22 dB/m.     

光子晶体光纤损耗特性的数值研究北大核心

为了理论分析PCF(光子晶体光纤)的损耗特性,采用多极法研究了包层空气孔直径、孔间距和空气孔层数等参数对PCF 1.31和1.55μm波长处损耗特性的影响。结果表明,选择高空气填充率的结构和增加包层空气孔层数都可以降低PCF损耗;通过增大最外层空气孔直径可在保持色散特性不变的情况下显著降低PCF的损耗。该结论可以为设计低损耗特性的PCF提供理论依据。     

采用全矢量有限元法设计光子晶体光纤

阐述了基于光子晶体光纤(PCF)的光纤参量放大器(FOPA)的工作原理,对FOPA所需的PCF特性进行了讨论和设计.采用带混合节点/棱边元三角形单元的全矢量有限元法(FEM),计算了PCF中非线性系数、色散斜率和色散零点与空气孔半径、孔间距和空气填充比等结构参数间的关系.计算结果表明:在确保PCF光纤高非线性的前提下,通过灵活设计PCF的结构参数就可以实现色散控制,得到PCF的超宽波长范围内可调的零色散波长、近零超平坦色散和极低的色散斜率,从而为FDPA获得高增益、宽带宽等性能创造必要前提.     

高非线性液芯光子晶体光纤中超连续谱的产生

提出了一种实现高非线性光子晶体光纤(PCF)的新方法,即在空芯光子晶体光纤(HC-PCF)的纤芯空气孔中填充高折射率、高非线性折射率的液态物质三氯甲烷、甲苯、二硫化碳等。利用全矢量有限元方法分析了这种液芯光子晶体光纤的模式分布及色散性质,分析得出其零色散波长可在800 nm左右调节,因此可使中心波长800 nm的钛宝石飞秒脉冲激光在这种光子晶体光纤的反常色散区传输,有利于超连续谱的产生。而且由于填充后光子晶体光纤具有较高的非线性系数,较小功率的脉冲激光就可在几毫米长的这种液芯光子晶体光纤中得到频谱范围大于1000 nm的超连续谱。     

光子晶体光纤的中红外超连续谱的产生与控制

设计了一种低损耗高非线性的碲化物PCF（光子晶体光纤）.采用分布傅里叶算法求解非线性薛定谔方程,数值模拟了基于PCF的中红外波段SC （超连续谱）的产生与控制.分析了PCF参量及泵浦光源参数对SC的影响,得出SC宽度和平坦度随PCF长度、色散参量以及泵浦脉冲峰值功率、初始宽度的变化规律.仿真结果表明,中心波长为2μm、脉冲峰值功率为20kW、脉冲宽度为100fs的泵浦光在PCF中传输15cm 时,SC谱宽可达1330-3450nm,且具有良好的平坦度.     

Ag@Au核壳SERS基底的优化设计

表面增强拉曼散射（Surface Enhanced Raman Scattering, SERS）技术在食品检测中发挥着重要的作用,该技术的核心在于基底的优化,所以开发新型基底是目前研究的热点课题。采用金银两种纳米复合材料,研究核壳式纳米结构的SERS基底,用有限元法对Ag@Au的结构进行电场强度的仿真,模拟在不同核壳半径、厚度以及散射光照的条件下场强的变化,计算SERS增强因子,与其他类型纳米结构进行比较。仿真实验表明,采用Ag@Au核壳结构作为SERS基底,在波长为523 nm、核半径为38 nm、壳厚度为0.5 nm时,增强效果最好,增强因子是7.47×10⁹。因此,Ag@Au核壳式SERS基底具有广泛的应用前景。     

米状银纳米颗粒对局域电场增强的理论模拟

为了提高表面增强拉曼散射技术中基底的增强效果,采用时域有限差分算法从理论上对不同入射光偏振方向下米状银纳米颗粒的电场增强进行了模拟分析,分别研究了单个银纳米颗粒和不同组合的二聚体以及三聚体的形状、间距对局域电场强度的影响,并且详细讨论了导致电场增强的原因。结果表明,当米状银纳米颗粒长度约为300 nm时,应控制其短轴约为36 nm,间距约为2 nm,且入射光偏振方向平行于长轴,此时在颗粒的尖端处均会产生最大电场增强,其中二聚体尖端对尖端情形下增强效果尤为明显。该结论为拉曼基底实验中纳米颗粒的制备提供了一定的理论基础。     

表面粗糙度激光散射检测的多波长光纤传感器

材料表面的散射特性和表面粗糙度对产品的性能有十分重要的影响,基于激光散射原理设计了用于检测表面粗糙度和表面散射特性的多波长光纤传感器。光纤传感器的探头采用特殊的几何设计,用650 nm、1 310 nm和1 550 nm激光作为光源,选择2 mm的工作距离作为最佳测量距离,对不同表面粗糙度的样品进行了测试和分析。实验结果表明:同一波长下,随着表面粗糙度的增大,以外磨样品为反射面测得的反射强度减小;同一粗糙度下,入射波长越长,反射强度越大。多波长光纤传感器可以精确地测量表面粗糙度,并能有效地减小系统误差。系统误差分析得到传感器的相对误差范围大约为3.56%~7.43%。     

修饰银纳米粒子的石墨烯泡沫镍衬底制备及其SERS活性研究

为了解决表面增强拉曼散射(SERS)衬底的吸附性差、稳定性低以及灵敏度不高的问题,设计了一种沉积银纳米粒子的石墨烯泡沫镍SERS衬底,并进行了实验研究.利用化学气相沉积法在泡沫镍衬底上生长石墨烯,并通过溶液沉积的方法将合成的银纳米粒子沉积在石墨烯泡沫镍衬底表面,烘干后制备成石墨烯泡沫镍修饰银纳米粒子的新型SERS衬底.采用罗丹明6G(R6G)对SERS衬底进行拉曼实验研究,结果表明石墨烯能够较好地淬灭SERS衬底的背景荧光;泡沫镍的独特三维结构能够增大衬底对检测分子的吸附;同时,银纳米粒子也可大幅增强衬底的SERS活性.而修饰了银纳米粒子的石墨烯泡沫镍新型衬底同时具有以上优异特性,是一种具有很大应用潜力的新型SERS衬底.     

柔性表面增强拉曼光谱芯片制备

柔性表面增强拉曼光谱(SERS)基底具有灵活形变的特点,适合不规则曲面的原位检测,甚至可以直接进行擦拭取样的检测。对不同反射率的衬底进行仿真分析和实验测试,可以看到衬底的反射率对拉曼信号的收集有极大的影响。在波长为532 nm的光激发铝箔具有高反射率,因此选择铝箔作为衬底,采用银溶胶滴铸法制备柔性SERS芯片。实验通过控制溶剂成分,利用表面张力梯度引起向内马兰哥尼(Marangoni)流动以抑制咖啡环的产生,可以改善纳米粒子的分布均匀性。拉曼测试结果表明,SERS芯片的增强因子高达1.32×10⁸,对R6G溶液的检测限低至1×10^-11mol,同时芯片表现出良好的信号均匀性。     

光子晶体光纤压力传感器光源方案设计

文章推导出PCF压力传感器检测基本原理,设计出PCF压力传感器典型系统结构,分析了PCF压力传感器对光源的特殊性能要求,选择半导体激光器(LD)作为传感器系统光源。提出LD工作稳定性整体控制设计方案,采用路分析方法给出LD中噪声控制模块、功率控制模块、温度控制制模块和波长控制系统。在LD中通过噪声、功率和温度控制等能够有效保障LD工作稳定性,保障PCF压力传感器系统对压力测量的精确性。     

The dynamic response analysis of a pyroelectric thin-film infraredsensor with thermal isolation improvement structure

Both theoretical and experimental studies of the substrate effect on the thermal behavior of a PbTiO₃ infrared (IR) sensor have been reported. With active cantilever dimensions of 200×100×5 μm³ formed by etching processes, the pyroelectric micro-electro-mechanical system (pyro/MEMS) structure exhibits a much superior performance to that of a traditional IR-sensing bulk structure under the 800-μW incident optical light with wavelength of 970 nm. Two-order improvement in current responsivity is obtained for the pyro/MEMS structure. This shows the substrate effect on the performance of a pyro/MEMS IR sensor is very significant. A simple model has also been proposed to illustrate the substrate effect more comprehensively     

Design of supercontinuum source for coherent anti-Stokes Raman scattering microscopy

A new method to obtain supercontinuum（SC） source for multiplex coherent anti-stokes Raman scattering （CARS） microscopy is proposed. The nonlinear propagation in photonic-crystal fibers （PCF） of femtosecond pulse laser with central wavelength at 800.9 nm is studied with scalar wave theory. Based on the incident laser power and dispersion of PCF, super broadband source for multiplex CARS microscopy is designed.     

Insight into excitation wavelength and hotspot effect of noble metal nanoparticles dimer

A proper excitation wavelength and strong hot-spot effect are of great importance for the application of surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) in the field of biochemistry. As a popular SERS substrate, noble metal nanoparticles dimer is analyzed systematically in this paper. The hot-spot effect and the resonance peak position with varying geometric parameters of metal nanoparticles are investigated. Moreover, the excitation wavelength of bimetallic structure is discussed as well. The conclusions can provide reference for the selection of metal material at different excitation wavelengths.     

银纳米颗粒的局域表面等离子体共振传感

采用微波法合成银纳米颗粒,通过化学自组装技术将银纳米颗粒吸附在玻璃基片上,制备了银纳米颗粒的局域表面等离子体传感器。在纯水中,紫外可见光消光谱表明局域表面等离子体共振位于428nm处。随外界折射率增加,共振峰发生红移,其折射率灵敏度达到173±6nm/RIU。在350oC温度下退火处理后,改变银颗粒在基片上的形貌,峰位发生约65nm的红移,灵敏度下降约20%。理论分析表明,银纳米颗粒形状和基底的相互作用影响折射率传感的波长响应和灵敏度特性。     

金属材料对M-PC-M结构中光学Tamm态的影响

为了研究金属材料对金属-光子晶体-金属结构中的Tamm态的影响,采用Drude-Lorentz色散模型研究了金和银复折射率的特性,得出了复折射率的实部和虚部随波长的变化规律。并对Au-PC-Au和Ag-PC-Ag中的光学Tamm态随金属厚度、入射角、周期数的变化规律进行了对比研究。得出:在Au-PC-Au和Ag-PC-Ag中都会出现两个光学Tamm态,即OTS1和OTS2。Au-PC-Au和Ag-PC-Ag中光学Tamm态的中心波长和透射峰值随金属厚度、入射角、周期数的变化规律是一致的。但Ag-PC-Ag中光学Tamm态的透射峰值明显大于Au-PC-Au中光学Tamm态的透射峰值,Ag-PC-Ag中OTS1和OTS2的分离程度明显大于Au-PC-Au中OTS1和OTS2的分离程度。