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各向异性超常材料平板透镜的聚焦特性分析

物理学报 2010年第1期59卷 256-263页

作者：刘虹遥吕强罗海陆文双春湖南大学计算机与通信学院微纳光电器件及应用教育部重点实验室长沙410082

运用矢量角谱理论研究各向异性超常材料平板透镜的聚焦特性,得到了光束在平板透镜内外各区域的矢量场分布,揭示了超常材料平板透镜的聚焦特性跟材料的各向异性参数之间的定量关系,发现聚焦场的偏振态因平板透镜的各向异性特性而发生改变... 详细信息

运用矢量角谱理论研究各向异性超常材料平板透镜的聚焦特性,得到了光束在平板透镜内外各区域的矢量场分布,揭示了超常材料平板透镜的聚焦特性跟材料的各向异性参数之间的定量关系,发现聚焦场的偏振态因平板透镜的各向异性特性而发生改变.作为矢量理论的具体应用,分析了光轴方向磁导率为-1,其他各向异性参数均为1的超常材料平板透镜的聚焦特性,发现此类透镜对初始沿某一横向方向偏振的光束能实现部分聚焦,并发生偏振旋转现象.

关键词：超常材料平板透镜部分聚焦偏振态

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各向异性超常材料中倒退波的传播研究

物理学报 2008年第12期57卷 7729-7736页

作者：周建华刘虹遥罗海陆文双春湖南大学计算机与通信学院微纳光电器件及应用教育部重点实验室长沙410082 邵阳学院信息工程系邵阳422000

研究了完全各向异性超常材料中的倒退波传播现象,得到了在材料本征轴和传输轴成任意角度情形下倒退波形成的条件,分析了超常材料的介电张量和磁导率张量、电磁波的偏振方式对倒退波形成和传播的影响.在此基础上,进一步分析了几种不同色... 详细信息

研究了完全各向异性超常材料中的倒退波传播现象,得到了在材料本征轴和传输轴成任意角度情形下倒退波形成的条件,分析了超常材料的介电张量和磁导率张量、电磁波的偏振方式对倒退波形成和传播的影响.在此基础上,进一步分析了几种不同色散曲线关系的各向异性超常材料中倒退波的产生情况,获得了电磁波波矢和坡印亭矢量(能流)夹角的具体表达式和倒退波传播的一般性结论.此外,还研究了近零介电常数超常材料中倒退波的传播特性,发现在此类超常材料中倒退波只能是完美倒退波.

关键词：超常材料负折射倒退波各向异性

等离激元纳米孔用于单分子光学检测的研究进展

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中国激光 2023年第1期50卷 164-175页

作者：王思媛刘虹遥路鑫超黄成军中国科学院微电子研究所健康电子研发中心北京100029 中国科学院大学集成电路学院北京100049

等离激元纳米孔将等离激元天线与固体纳米孔结合,可限制待测物路径,并将入射光能聚集至路径中产生热点,从而增强场与待测物质的相互作用,在纳米尺度范围内实现高灵敏度检测,近年来已被广泛应用于单分子检测研究。本文概述了几种典型等... 详细信息

等离激元纳米孔将等离激元天线与固体纳米孔结合,可限制待测物路径,并将入射光能聚集至路径中产生热点,从而增强场与待测物质的相互作用,在纳米尺度范围内实现高灵敏度检测,近年来已被广泛应用于单分子检测研究。本文概述了几种典型等离激元纳米孔结构及其场增强效果;分析讨论了4种目前常用的基于等离激元纳米孔的高灵敏度检测技术及其特点,包括荧光检测、表面拉曼增强光谱、表面等离激元共振位移传感以及光电结合方法;综述了等离激元纳米孔在脱氧核糖核酸(DNA)、蛋白质、肽等单分子光学检测方面的应用进展及典型成果;讨论和展望了等离激元纳米孔的未来研究趋势以及面临的机遇和挑战。

关键词：表面光学表面等离激元纳米孔光学检测单分子检测

基于倏逝波界面散射的单个纳米颗粒无标记成像

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光学学报 2018年第6期38卷 290-295页

作者：江丽雯孙旭晴刘虹遥谌雅琴熊伟张朝前路鑫超中国科学院微电子研究所微电子仪器设备研发中心北京100029 中国科学院大学北京100049 集成电路测试技术北京重点实验室北京100088

介绍了一种利用倏逝波界面散射对单个纳米颗粒进行无标记成像的方法。分别使用全内反射(TIR)倏逝波与表面等离激元(SPPs)两种倏逝波与单个纳米颗粒相互作用,激发纳米颗粒极化并发生散射,所产生的界面散射与入射倏逝波发生干涉,形成了纳... 详细信息

介绍了一种利用倏逝波界面散射对单个纳米颗粒进行无标记成像的方法。分别使用全内反射(TIR)倏逝波与表面等离激元(SPPs)两种倏逝波与单个纳米颗粒相互作用,激发纳米颗粒极化并发生散射,所产生的界面散射与入射倏逝波发生干涉,形成了纳米颗粒极化场与抛物线形干涉条纹的特征成像。分别对直径为500,200,100nm的聚苯乙烯颗粒进行了单个纳米颗粒无标记成像。比较了两种倏逝波界面散射对单个纳米颗粒成像结果,发现表面等离激元界面散射成像中的单个纳米颗粒极化强度约是全内反射极化强度的10倍,并且接近于暗场成像。因此,表面等离激元界面散射对单个纳米颗粒无标记成像具有更高灵敏度。所提单个纳米颗粒无标记成像方法可以拓展到病毒检测、生物单分子成像等领域。

关键词：表面光学无标记成像单个纳米颗粒倏逝波界面散射全内反射表面等离激元

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无透镜全息显微细胞成像

光学精密工程 2020年第8期28卷 1644-1650页

作者：王雪刘虹遥路鑫超孙旭晴叶一霏黄成军中国科学院微电子研究所北京100029 中国科学院大学北京100049 中国科学院微电子研究所健康电子中心北京100029 中国科学院微电子研究所健康电子研发中心北京100029

为了同时满足较大的视场和较高分辨率的需求,开发了一套全息无透镜显微成像系统和配套算法,实现对微米级样品的无透镜显微成像。搭建了一套由LED光源、针孔、被测样品与CMOS图像传感器组成的全息无透镜显微成像系统,并对针孔直径、成像... 详细信息

为了同时满足较大的视场和较高分辨率的需求,开发了一套全息无透镜显微成像系统和配套算法,实现对微米级样品的无透镜显微成像。搭建了一套由LED光源、针孔、被测样品与CMOS图像传感器组成的全息无透镜显微成像系统,并对针孔直径、成像面尺寸、光源到样品的距离,以及样品面到CMOS图像传感器的距离进行了优化。其次,开发了从系统采集的全息图中恢复样品图像的角谱法算法。最后,使用该成像系统和配套算法,分别对具有微米级结构分辨率测试靶,和肺癌细胞悬浮液进行了显微成像。该全息无透镜显微成像系统的分辨率为4.4μm,成像视场尺寸为5.7 mm×4.3 mm,实现了微米级结构和肺癌细胞较清晰的显微成像。全息无透镜显微成像系统结构简单、无像差干扰,可以实现大视场下较高分辨率的显微成像。

关键词：无透镜成像全息图像重建细胞成像大视场

基于物镜耦合的波长-角度共同调制表面等离激元共振传感器

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光学学报 2021年第17期41卷 127-134页

作者：王畅王雪孙旭晴魏茹雪刘虹遥孙晓娟王飞路鑫超黄成军中国科学院微电子研究所健康电子研发中心北京100029 中国科学院大学北京100049

基于棱镜耦合的波长调制表面等离激元共振(SPR)传感器只能在长波段获得较高检测灵敏度,无法兼顾检测范围与检测灵敏度。研究了一种基于物镜耦合激发表面等离激元的波长-角度共同调制的SPR传感装置,使用物镜耦合使角度易于调节,这提高了... 详细信息

基于棱镜耦合的波长调制表面等离激元共振(SPR)传感器只能在长波段获得较高检测灵敏度,无法兼顾检测范围与检测灵敏度。研究了一种基于物镜耦合激发表面等离激元的波长-角度共同调制的SPR传感装置,使用物镜耦合使角度易于调节,这提高了SPR传感器在短波处的检测灵敏度,从而在较大检测范围内实现了高灵敏度折射率测量。通过理论仿真与实验,使用波长-角度共同调制的SPR传感方法对不同浓度的葡萄糖溶液的折射率进行测量,动态检测范围为4.4×10-2 RIU,检测灵敏度达到5066.97 nm/RIU。相较于波长调制SPR传感方法,使用波长-角度共同调制的SPR传感方法在检测范围不变的情况下,检测灵敏度提高了2.5倍。该检测方法实现了对折射率高灵敏度、高动态检测范围的快速检测,可广泛应用在生物医学及食品安全等领域。

关键词：表面光学表面等离激元共振折射率测量波长调制角度调制

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离焦对表面等离激元共振显微成像的影响

光学学报 2022年第23期42卷 174-179页

作者：霍童王靓安王雪孙晓娟孙旭晴刘虹遥黄尚永余辉路鑫超黄成军中国科学院微电子研究所健康电子研发中心北京100029 上海交通大学生物医学工程学院上海200240 中国科学院大学北京100049 北京建筑大学理学院北京102616

表面等离激元共振显微成像(SPRM)技术具有高灵敏度、快速实时等优点,已经被广泛应用于纳米检测、生物医学和环境监测等领域中。由于倏逝场的界面传输特性,故SPRM具有特殊的点扩散函数,可从其中提取出丰富的待测物信息。然而,离焦成像会... 详细信息

表面等离激元共振显微成像(SPRM)技术具有高灵敏度、快速实时等优点,已经被广泛应用于纳米检测、生物医学和环境监测等领域中。由于倏逝场的界面传输特性,故SPRM具有特殊的点扩散函数,可从其中提取出丰富的待测物信息。然而,离焦成像会影响成像特征,导致无法准确获取待测物信息。因此,定量研究离焦对SPRM的影响至关重要。通过仿真计算与实验,定量研究了离焦对SPRM的影响,并实现了单个聚苯乙烯颗粒的SPRM成像。所提方法可用于SPRM离焦状态的快速判断,并反推出准确的离焦偏移量,实现快速对焦,改善SPRM技术在长时程观测中的性能。

关键词：表面光学表面等离激元共振显微成像单纳米颗粒离焦干涉条纹定量分析

基于严格耦合波理论的硬X射线菲涅耳波带片设计

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光学学报 2021年第11期41卷 86-90页

作者：高雅增吴鹿杰卢维尔刘虹遥夏洋赵丽莉李艳丽孔祥东韩立中国科学院微电子研究所北京100029 中国科学院大学微电子学院北京101407 中国科学院电工研究所北京100080 北京市微电子制备仪器设备工程技术研究中心北京100029 北京交通大学理学院北京100044

菲涅耳波带片(FZP)能实现光源聚焦,是硬X射线显微成像最重要的组成元件之一。分辨率与衍射效率是FZP最重要的两个参数,但在实际设计与制备中,两者往往难以同时兼顾。因此,提出了一种基于严格耦合波理论的硬X射线FZP设计方法。该方法在... 详细信息

菲涅耳波带片(FZP)能实现光源聚焦,是硬X射线显微成像最重要的组成元件之一。分辨率与衍射效率是FZP最重要的两个参数,但在实际设计与制备中,两者往往难以同时兼顾。因此,提出了一种基于严格耦合波理论的硬X射线FZP设计方法。该方法在指定分辨率的基础上优化衍射效率,给出了硬X射线FZP组成材料、环带宽度、外径、厚度以及厚度控制精度等参数的优化值。同时考虑到材料色散的影响,给出了最优衍射效率随光源能量变化的分布情况,为显微成像中的光源选择提供了参考。

关键词：成像系统菲涅耳波带片分辨率衍射效率严格耦合波硬X射线

利用表面等离激元成像检测化学气相沉积法生长石墨烯

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光学学报 2019年第11期39卷 313-318页

作者：魏茹雪王延伟江丽雯孙旭晴刘虹遥王畅路鑫超卢维尔夏洋黄成军中国科学院微电子研究所健康电子研发中心北京100029 中国科学院大学北京100029 中国科学院微电子研究所微电子仪器设备研发中心北京100049 北京交通大学北京100044 北京市微电子制备仪器设备工程技术研究中心北京100029 集成电路测试技术北京市重点实验室北京100088

提出一种对化学气相沉积法生长石墨烯缺陷的快速检测方法。利用化学气相沉积法制备石墨烯并将其转移到目标基底上,制备出应用于表面等离激元(SPP)成像的石墨烯-金基底。SPP对界面处折射率变化具有高灵敏度,可以实现石墨烯边缘检测,并且... 详细信息

提出一种对化学气相沉积法生长石墨烯缺陷的快速检测方法。利用化学气相沉积法制备石墨烯并将其转移到目标基底上,制备出应用于表面等离激元(SPP)成像的石墨烯-金基底。SPP对界面处折射率变化具有高灵敏度,可以实现石墨烯边缘检测,并且石墨烯表面缺陷会引起SPP作用场的变化,利用SPP泄漏辐射效应将界面处SPP作用场变化传输至远场,使用CCD进行快速成像,可实现对转移后石墨烯的快速成像与检测。该方法检测到石墨烯边缘与表面的形貌信息,并且检测到颗粒污染物,避免了传统的检测方法灵敏度低、速度慢、有损检测等弊端,实现了对石墨烯缺陷的快速、无损检测。

关键词：表面光学单晶石墨烯表面等离激元成像缺陷检测快速无损检测