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线性偏振光激发的错位表面等离子体激元纳米结构聚焦

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物理学报 2010年第10期59卷 6921-6926页

作者：宋文涛林峰方哲宇朱星北京大学物理学院北京大学人工微结构与介观物理国家重点实验室北京100871 国家纳米科学中心北京100190

利用扫描近场光学显微镜观测并分析了两种表面等离子体激元纳米结构对表面等离子体激元(SPP)的激发和聚焦现象.用线偏振光照射有半个周期相位差的环状沟槽结构与有半个周期位相差的环状狭缝结构,得到了单点的SPP聚焦.有限时域差分法的... 详细信息

利用扫描近场光学显微镜观测并分析了两种表面等离子体激元纳米结构对表面等离子体激元(SPP)的激发和聚焦现象.用线偏振光照射有半个周期相位差的环状沟槽结构与有半个周期位相差的环状狭缝结构,得到了单点的SPP聚焦.有限时域差分法的模拟结果验证了实验中观测的现象.这两种相位错位的表面等离子体激元纳米结构,突破了由于干涉导致的线偏振光不能得到单个聚焦点的限制.与采用径向偏振光激发而得到单个聚焦点的方法相比,线偏振光不需要聚焦,也不需要将光束中心对准纳米结构的几何中心即可得到单点聚焦。

关键词：近场光学显微术表面等离子体激元纳米聚焦线偏振光

基于深度学习的空间变分辨单光子压缩成像技术研究

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基于深度学习的空间变分辨单光子压缩成像技术研究

作者：方哲宇南昌大学

学位级别：硕士

基于压缩感知理论的单像素成像技术以其独特的成像方式受到广泛关注,已应用于生物医学成像、太赫兹成像和高光谱成像等多个领域。采用单光子探测器作为单像素相机中的探测器,可将经典的单像素相机扩展到单光子水平,实现单光子计数压缩成... 详细信息

基于压缩感知理论的单像素成像技术以其独特的成像方式受到广泛关注,已应用于生物医学成像、太赫兹成像和高光谱成像等多个领域。采用单光子探测器作为单像素相机中的探测器,可将经典的单像素相机扩展到单光子水平,实现单光子计数压缩成像,具有低成本和超高灵敏度的优势。但单像素成像速度非常慢,限制了其在实时场景的应用。研究获取最有效信息的采样方法以减少测量次数和优化重建算法实现快速图像重建是提高单像素成像速度的两条途径。围绕这两条途径,本文基于空间变分辨成像和深度学习方法对单光子压缩成像技术的优化展开研究,主要工作内容及成果如下:(1)提出了采样和重建联合优化的空间变分辨迭代收缩阈值网络。基于空间变分辨成像和神经网络中的全连接层的模型,以非均匀像素组合的方式设计了一类可训练的变分辨测量矩阵;设计了一种针对不同分辨采样区域的均方误差分别加权的差异化损失函数;将这种采样重建联合优化模型和迭代收缩阈值网络(ISTA-Net)相结合,提出了SVR-ISTA-Net。通过仿真实验验证了采样模型,损失函数和测量矩阵训练对于网络性能的影响。结果表明,本文提出的SVR-ISTA-Net在相同的采样次数下相对于均匀采样可以大幅地提升图像中心区域的成像质量,且提升效果随采样率增长而增长,充分地利用了采样信息。(2)在单光子压缩成像系统上对SVR-ISTA-Net进行了验证。将二值化神经网络的训练方法应用于网络的采样层,使得其可以训练得到用于单光子压缩成像系统的二值测量矩阵。对系统进行蒙特卡洛建模验证可行性并进行实际实验。结果表明,该网络在实际应用场景也能有效地提升图像中心区域的成像质量。(3)提出了卷积采样和重建联合优化的空间变分辨迭代收缩阈值网络。基于空间变分辨成像和神经网络中的卷积层的模型,设计了共享权重和不共享权重两类可训练的变分辨测量矩阵;针对不同分辨的采样区域提出一种非均匀随机步长设置方法;将这种变分辨卷积采样模型应用于SVR-ISTA-Net。通过仿真实验验证了卷积采样和随机步长设置对于网络性能的影响。结果表明,本文提出的不共享权重的卷积采样模型能在保持对图像中心区域的高质量重建的同时大幅减少采样层参数数目,节省系统资源。

关键词：单光子压缩成像空间变分辨成像神经网络像素组合

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表面等离激元的聚焦与波导增强

物理 2011年第9期40卷 594-600页

作者：方哲宇朱星北京大学物理学院北京100871

近年来,表面等离激元学(plasmonics)已经形成一个新的学科热点.电子在金属与介质界面的集体振荡行为形成一种元激发——表面等离激元(surface plasomon polariton,SPP).由于其具有特殊的耦合与传播性质,与SPP相关的器件设计与应用成为... 详细信息

近年来,表面等离激元学(plasmonics)已经形成一个新的学科热点.电子在金属与介质界面的集体振荡行为形成一种元激发——表面等离激元(surface plasomon polariton,SPP).由于其具有特殊的耦合与传播性质,与SPP相关的器件设计与应用成为目前纳米光子学领域的国际前沿研究方向.文章介绍了利用微纳加工技术制备的SPP纳米结构,以及利用近场光学表征手段对SPP聚焦、波导、共振增强现象研究的进展.

关键词：表面等离激元近场光学纳米结构

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“等离激元新效应与应用”专题前言

激光与光电子学进展 2019年第20期56卷 1-2页

作者：刘辉方哲宇祝世宁不详

光与物质的相互作用一直都在吸引着人们的研究兴趣,它也是与各种光学应用有着广泛联系的基础物理问题。等离激元是光与凝聚态物质相互作用形成的一种新型元激发准粒子,具有特殊的色散与光传输特性,是微纳光子学研究前沿领域之一。长程... 详细信息

光与物质的相互作用一直都在吸引着人们的研究兴趣,它也是与各种光学应用有着广泛联系的基础物理问题。等离激元是光与凝聚态物质相互作用形成的一种新型元激发准粒子,具有特殊的色散与光传输特性,是微纳光子学研究前沿领域之一。长程传播的等离激元在传播过程中波矢色散很大,可以突破衍射极限,实现亚波长尺度光信号的传输、超分辨成像、超分辨光刻等。

关键词：等离激元超分辨成像光传输特性光子学光信号凝聚态物质波矢基础物理

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阴极荧光在表面等离激元研究领域的应用

物理学报 2017年第14期66卷 33-45页

作者：姜美玲郑立恒池骋朱星方哲宇北京大学物理学院人工微结构和介观物理国家重点实验室北京100871

表面等离激元以其独特的光学性质广泛应用于纳米尺度的局域电磁场增强、超高分辨成像及微弱光电探测.阴极荧光是电子与物质相互作用而产生的光学响应,利用电子束激发金属纳米结构能够实现局域等离激元共振,并在亚波长尺度实现对共振模... 详细信息

表面等离激元以其独特的光学性质广泛应用于纳米尺度的局域电磁场增强、超高分辨成像及微弱光电探测.阴极荧光是电子与物质相互作用而产生的光学响应,利用电子束激发金属纳米结构能够实现局域等离激元共振,并在亚波长尺度实现对共振模式的调控,具有超高空间分辨的成像特点.阴极荧光探测通常结合扫描电子显微镜或透射电子显微镜而实现,目前己被应用于表面等离激元的探测及共振模式的分析.本文从阴极荧光物理机理出发,综述了单一金属纳米结构和金属耦合结构的等离激元共振模式阴极荧光研究进展,并总结了阴极荧光与角分辨、时间分辨以及电子能量损失谱等关键技术相结合的应用,进一步分析了其面临的关键问题,最后展望了阴极荧光等离激元研究方向.

关键词：阴极荧光表面等离激元亚波长金属纳米结构

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多溴代二苯胺热力学性质的密度泛函理论研究

化学学报 2009年第20期67卷 2319-2328页

作者：王辰方哲宇王遵尧王甫洋北京大学物理学院介观物理国家重点实验室北京100871 南京大学环境学院污染控制与资源化研究国家重点实验室南京210093 江苏工业学院环境与安全工程学院常州213164

在B3LYP/6-31G*水平上对209个多溴代二苯胺(PBDPA)系列化合物进行了全优化和振动分析计算,得到各分子在298.15K,101.3kPa标准状态下的热力学参数.设计等键反应,计算了PBDPA系列化合物的标准生成热(ΔfHΘ)和标准生成自由能(ΔfGΘ).研... 详细信息

在B3LYP/6-31G*水平上对209个多溴代二苯胺(PBDPA)系列化合物进行了全优化和振动分析计算,得到各分子在298.15K,101.3kPa标准状态下的热力学参数.设计等键反应,计算了PBDPA系列化合物的标准生成热(ΔfHΘ)和标准生成自由能(ΔfGΘ).研究了热力学参数SΘ与溴原子的取代位置及取代数目(NPBS)之间的关系,结果表明:PBDPA系列化合物的SΘ,ΔfHΘ和ΔfGΘ与NPBS之间有很强的相关性(R2≥0.984).根据异构体标准生成自由能的相对大小,从理论上求得异构体的相对稳定性.以Gaussian03程序的输出文件为基础,采用统计热力学程序计算了PBDPA化合物在200K至1000K的摩尔恒压热容(Cp,m),并用最小二乘法求得Cp,m与温度之间的相关方程,发现Cp,m与T,T-1和T-2之间有着很好的相关性(R2=1.000).

关键词：多溴代二苯胺密度泛函理论(DFT) 溴原子取代位置方法热力学性质相对稳定性

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阿基米德螺旋微纳结构中的表面等离激元聚焦

物理学报 2015年第19期64卷 104-110页

作者：李嘉明唐鹏王佳见黄涛林峰方哲宇朱星北京大学物理学院、人工微结构与介观物理国家重点实验室北京100871 北京大学前沿交叉学科研究院、纳米科学与技术中心北京100871 国家纳米科学中心北京100190

研究光在微纳结构中的分布与传播,实现在纳米范围内操纵光子,对于微型光学芯片的设计有着重要意义.本文利用聚焦离子束刻蚀方法,在基底为石英玻璃的150 nm厚金膜上刻制了不同参数的阿基米德螺旋微纳狭缝结构,通过改变入射光波长、手性... 详细信息

研究光在微纳结构中的分布与传播,实现在纳米范围内操纵光子,对于微型光学芯片的设计有着重要意义.本文利用聚焦离子束刻蚀方法,在基底为石英玻璃的150 nm厚金膜上刻制了不同参数的阿基米德螺旋微纳狭缝结构,通过改变入射光波长、手性、及螺旋结构手性和螺距等方式,在理论和实验上系统地研究了阿基米德螺旋微纳结构中的表面等离激元聚焦性质.我们发现,除了入射激光偏振态、螺旋结构手性之外,结构螺距与表面等离激元波长的比值也可以用来控制结构表面电场分布,进而在结构中心形成0阶、1阶乃至更高阶符合隐失贝塞尔函数的涡旋电场.通过相位分析,我们对涡旋电场的成因进行了解释.并利用有限时域差分的模拟方法计算了不同螺距时,结构中形成的电场及相应空间相位分布.最后利用扫描近场光学显微镜,观测结构中不同的光场分布,在结构中心得到了亚波长的聚焦光斑及符合不同阶贝塞尔函数的涡旋形表面等离激元聚焦环.

关键词：表面等离激元阿基米德螺旋结构聚焦扫描近场光学显微镜

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基于残差编解码网络的单光子压缩成像

光学学报 2020年第1期40卷 284-292页

作者：管焰秋鄢秋荣杨晟韬李冰曹芊芊方哲宇南昌大学信息工程学院江西南昌330031

在进行高分辨率成像时,由于需要大量的测量和图像重建计算,单光子压缩成像需要较长的时间。提出了一种采样和重建集成的残差编解码网络SRIED-Net用于单光子压缩成像。将二值化的全连接层作为网络的第一层,并将其训练成二进制的测量矩阵... 详细信息

在进行高分辨率成像时,由于需要大量的测量和图像重建计算,单光子压缩成像需要较长的时间。提出了一种采样和重建集成的残差编解码网络SRIED-Net用于单光子压缩成像。将二值化的全连接层作为网络的第一层,并将其训练成二进制的测量矩阵,直接加载到数字微镜阵列上以实现高效压缩采样。除第一层外的其余网络都用于快速重建压缩感知图像。通过一系列的仿真和系统实验比较了压缩采样率、测量矩阵和重建算法对成像性能的影响。实验结果表明,SRIED-Net在低测量率下优于目前比较先进的迭代算法TVAL3,在高测量率下与TVAL3的效果很接近,在所有测量率下都优于目前常见的几种基于深度学习的方法。

关键词：成像系统单光子成像单光子压缩成像压缩感知深度学习

银膜表面周期性条纹导致的沟槽等离激元增强效应

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电子显微学报 2009年第2期28卷 95-100页

作者：黄姗方哲宇林峰朱星北京大学物理学院北京100871 国家纳米中心北京100190

沟槽等离激元是一种电磁振荡,它束缚于刻在金属表面截面为单个波长尺度的沟槽里,并沿着沟槽传播。沟槽等离激元由于其低传播损耗及可控的传播方向,在集成光路上有潜在的应用,因而受到人们的关注。本文作者在银膜表面刻沟槽,并在沟槽两... 详细信息

沟槽等离激元是一种电磁振荡,它束缚于刻在金属表面截面为单个波长尺度的沟槽里,并沿着沟槽传播。沟槽等离激元由于其低传播损耗及可控的传播方向,在集成光路上有潜在的应用,因而受到人们的关注。本文作者在银膜表面刻沟槽,并在沟槽两侧加上周期性结构,并研究了这种周期性结构对沟槽等离激元的耦合和传播的影响。通过扫描近场光学显微镜观察,发现相对于没有周期性结构的沟槽,有周期性结构的情况下,传播于沟槽中的沟槽等离激元强度增强。同时还利用有限时域差分方法计算模拟了相应的过程。模拟结果与实验相符,证明了确实是由于周期性结构导致了沟槽等离激元的增强效应。

关键词：沟槽等离激元增强效应 FDTD