摘要：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。

摘要：设计了一种新型的全介质圆环-纳米棒结构颜色滤波器。全介质圆环-纳米棒阵列结构与入射光的相互作用激发米氏共振,其在可见光波段展现出较强的反射特性,从而实现不同颜色的宽色域。采用时域有限差分法对纳米棒、纳米环、硅圆环-纳米棒三种不同结构滤波器的反射光谱及其颜色显示规律进行比较。同时研究纳米棒直径、圆环直径、高度和周期等主要参数对反射光谱及颜色特性的影响。结果表明:所设计的全介质圆环-纳米棒结构的滤波器在特定光波段的反射特性得到极大的提升;经优化后的颜色滤波器在可见光范围内的反射率达到70%以上,通过改变纳米棒直径可实现宽色域颜色滤波特性,其色域面积高达0.115。该研究为下一代颜色滤波器的设计提供理论依据。

摘要：提出一种金属-介质-金属非对称圆形结构,该结构由两个圆形谐振腔、一个传输波导和两个耦合波导组成。利用谐振腔的局域作用加强表面等离激元的耦合作用,获得较大的透射率。采用有限时域差分方法研究了圆形谐振腔半径、个数和两圆腔中心距离对强透射特性的影响。结果表明,当非对称圆形谐振腔的半径为100nm、两圆间距为200nm时,该结构具有较高的透射率。通过优化主要参数,所设计结构的平均阻带宽度为1000nm,工作范围可增大到2500nm。

摘要：设计了一种新颖的D型对称双芯光子晶体光纤表面等离子体共振折射率传感器。利用该结构中双芯与金属传感层界面处产生的表面等离子体共振效应,结合不同的金属传感层,在可见光与近红外波段获得显著的双谐振峰现象。采用有限元法分析了双谐振峰的相互独立性,研究了该结构中空气孔间距、直径和金属传感层厚度、纳米柱半径及纳米柱间距对双峰的影响。结果表明,在优化结构参数后,双峰谐振使得传感器具有良好的传感性能,在折射率为1.32~1.43内,与双峰对应的平均灵敏度分别高达6209.09 nm/RIU和8390.91 nm/RIU,品质因数分别大于19.64 RIU-1和27.06 RIU-1。该研究结果为光子晶体光纤表面等离子体生物传感器的设计提供了理论参考。

摘要：提出了一种基于微腔耦合结构的等离子体弯曲波导新型滤波器,该滤波器由两个直角波导和一个矩形谐振腔组成,光通过该结构会激发表面等离子体激元(SPPs)。采用时域有限差分(FDTD)法研究了此结构SPPs的传播特性。结果表明,相比于传统的直波导结构,由于其会引发双边耦合效应,这种单微腔弯曲波导结构产生了更强烈的共振作用,其耦合效率也得到了进一步的提高。数值仿真结果表明,通过改变谐振腔的腔长,也可达到线性调节滤波器共振波长的目的。此外,在上述设计思路的基础上还提出了一种双微腔结构,此结构由一个弯曲波导与左右两个谐振腔组成,其可利用两个微腔透射波的叠加作用,产生动态可调控的等离子诱导透明效应。

摘要：提出了一种由左右、上下对称的一大一小圆弧组成的金属圆弧孔阵列结构。利用该结构形成的法布里-珀罗腔来加强表面等离激元的耦合作用,以获得较好的强透射现象;同时研究了基于该现象的折射率传感特性。采用有限时域差分法研究了该孔阵列结构中大小圆弧孔的半径、两圆弧的圆心距和阵列周期对强透射现象的影响。研究发现,当大圆弧半径为95nm、小圆弧半径为70nm、两圆弧的圆心距为100nm、周期为425nm时,该结构具有较好的强透射现象,其灵敏度为279nm/RIU,为下一代高性能微纳米等离子体传感器的设计提供了理论参考。

摘要：基于多模干涉理论和自映像效应,设计了一种高灵敏度多模干涉-异质无芯(SNS)光纤折射率传感器。利用纤芯失配在包层激发的高阶模与无芯光纤中产生的基模耦合产生多模干涉来实现其对折射率的传感测量。应用波束传播法(BPM)数值模拟了传感器在不同折射率条件下光的透射谱,讨论了无芯光纤的长度及外部环境折射率等参数对传感器性能的影响。通过无芯光纤SNS结构传感器的样品制备,测试了多组不同浓度蔗糖溶液下的透射谱,实验结果与数值模拟结果一致。结果表明:在折射率1.330~1.419范围内,透射谷的波长灵敏度达到189nm/RIU,透射率灵敏度达到-40%/RIU。

摘要：设计了一种圆环-矩形金属纳米复合孔阵列折射率传感器.采用时域有限差分法进行数值计算,讨论了复合结构的周期、旋转角度、圆环内径以及矩形长和宽等参数对光透射特性的影响,并分析复合纳米孔狭缝宽度对灵敏度的影响.结果表明,经过参数优化后,可获得的最佳光透射率高达84.4%,灵敏度达(2613±75)nm/RIU。该研究为设计和实现下一代高灵敏度金属纳米等离子体生化传感器提供理论依据。

摘要：设计了一种基于矩形金属块阵列结构的等离子体颜色滤波器,该器件结合表面等离子体共振效应与平板波导的导波特性,利用非对称矩形金属块周期性阵列结构对入射光偏振敏感的特点,在可见光波段实现对透射谱的动态调控。采用时域有限差分法研究了阵列周期、填充因子、电介质层与金属层厚度、入射光偏振角等参数对透射谱及其滤色特性的影响。结果表明,通过改变矩形金属块阵列周期参数可静态调控透射谱;矩形金属块阵列周期不对称时,通过改变入射光偏振角可对透射谱进行动态调控。通过调节结构参数,得到滤波器在可见光范围内的透射率可高达75%,且可同步实现对滤出颜色的静态和动态调控。该研究为下一代颜色可调谐等离子体颜色滤波器的设计提供理论依据。

摘要：设计一种新颖的交叉领结形石墨烯阵列结构等离子体折射率传感器。利用石墨烯与电介质交界面产生的表面等离子体效应,在中红外波段获得双共振透射现象,结合石墨烯的电可调特性来实现透射谱的动态调制,采用时域有限差分法研究该结构中石墨烯的化学势、层数及几何参数对双共振透射现象的影响。结果表明:通过改变石墨烯的化学势及层数能够实现共振位置的调谐;优化结构参数后,该结构具有较好的传感性能和双共振透射现象,2个共振谷的灵敏度分别高达(1280±24) nm/RIU和(2800±49) nm/RIU,品质因数分别为17.1 RIU^-1和12.3 RIU^-1。研究结果为石墨烯等离子体生物传感器的设计提供了理论依据。