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金纳米粒子增强表面等离子体共振传感

激光与光电子学进展 2024年第13期 199-205页

作者：施伟华王华晋上官铭宇南京邮电大学电子与光学工程学院柔性电子(未来技术)学院

为探究提高传感灵敏度的物理机制，提出一种金纳米粒子增强表面等离子体共振的D形光子晶体光纤传感结构，在抛磨面涂覆金膜，并在金膜表面修饰金纳米粒子。金纳米粒子的自由电荷与金属膜中的感应电荷相互作用提高了表面等离子体共振强... 详细信息

为探究提高传感灵敏度的物理机制，提出一种金纳米粒子增强表面等离子体共振的D形光子晶体光纤传感结构，在抛磨面涂覆金膜，并在金膜表面修饰金纳米粒子。金纳米粒子的自由电荷与金属膜中的感应电荷相互作用提高了表面等离子体共振强度及其灵敏度。利用有限元法结合各向异性完美匹配层，数值研究结构参数对传感性能的影响。当金纳米粒子直径为12 nm、金纳米粒子相对间距为粒子直径3.2倍、金膜厚度为45 nm、纤芯到抛磨面的距离为3.0μm、空气孔间距为2.0μm、外层大空气孔直径为孔间距的3/4，以及内层小空气孔直径为大空气孔直径的4/5时：在1.370～1.385折射率范围内，折射率灵敏度为6240 nm/RIU，线性度为0.97；在1.385～1.400折射率范围内，折射率灵敏度为13640 nm/RIU，线性度为0.99；在1.370～1.400折射率范围内，平均灵敏度为9940 nm/RIU，是未修饰金纳米粒子时的1.27倍。所提传感机制及结构在生物分子检测等领域具有研究和应用价值。

关键词：光子晶体光纤表面等离子体共振局域表面等离子体共振生物传感

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新型宽带低损耗单模空芯反谐振光纤的研究

激光与光电子学进展 2024年

作者：施伟华蔡萌雅娄跃顾钰颖南京邮电大学电子与光学工程学院柔性电子(未来技术)学院

随着现代光纤通信技术的发展，为实现更大带宽、低传输损耗的光通信，亟需新型单模传输光纤。本文在单环嵌套结构基础上提出了一种新型空芯反谐振光纤结构，在典型的单环五管双嵌套结构中增加小的嵌套圆。使用有限元法结合完美匹配层边... 详细信息

随着现代光纤通信技术的发展，为实现更大带宽、低传输损耗的光通信，亟需新型单模传输光纤。本文在单环嵌套结构基础上提出了一种新型空芯反谐振光纤结构，在典型的单环五管双嵌套结构中增加小的嵌套圆。使用有限元法结合完美匹配层边界条件，对光纤传输特性进行数值模拟，经过理论计算和结构优化得出在传输窗口1400-1580 nm范围内，可保证光纤高阶模式抑制比大于100，且光纤限制损耗低于9.700×10-5dB/m，当弯曲半径为5 cm时弯曲损耗低于1.165×10-2dB/m(3.660×10-3dB/turn)，色散值在1.020-1.222 ps/（nm·km）之间。该空芯反谐振光纤在S+C波段实现低损耗单模传输，在密集波分复用系统中具有应用前景。

关键词：光纤光学光纤设计空芯反谐振光纤低限制损耗单模

基于环形芯光子晶体光纤检测乳腺癌生物标志物和温度

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光通信技术 2024年

作者：程曦施伟华范雨艳顾钰颖南京邮电大学电子与光学工程学院柔性电子(未来技术)学院

为了避免温度对生物参量的影响，本文提出了一种基于光子晶体光纤(PCF)的乳腺癌易感基因(BRCA)和温度双参量传感结构。在PCF的外表面镀金膜，形成表面等离子共振传感通道，用于检测BRCA。将甲苯填入PCF中心的空气孔中，形成定向耦合传... 详细信息

为了避免温度对生物参量的影响，本文提出了一种基于光子晶体光纤(PCF)的乳腺癌易感基因(BRCA)和温度双参量传感结构。在PCF的外表面镀金膜，形成表面等离子共振传感通道，用于检测BRCA。将甲苯填入PCF中心的空气孔中，形成定向耦合传感通道，用来检测温度，可避免温度对BRCA浓度的影响。利用有限元法对该传感结构的性能进行了分析，并进行了参数优化，结果表明：生物和温度两个传感通道相互独立；在BRCA浓度0 ～7.69 mmol/L的范围内，浓度灵敏度达19.5 nm/(mmol/L)；在温度20～40 ℃的范围内，温度灵敏度达-6.4 nm/℃。该传感结构可实现生物和温度的高灵敏双参量传感，可用于生物医学等领域。

关键词：光子晶体光纤表面等离子体共振定向耦合生物传感温度传感

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中红外低损耗大模场空芯反谐振光纤的研究

光电子·激光 2024年

作者：申翰阳冉杨凯张傲蔡萌雅顾钰颖施伟华南京邮电大学电子与光学工程学院柔性电子(未来技术)学院

目前传能光纤受限于芯径大小与材料缺陷，在中红外波段难以解决大模场面积与优良传输性能的矛盾。本文提出了一种7管空芯反谐振光纤，包层管与外包层以相交的方式连接。利用有限元法结合完美匹配层边界条件对光纤进行了数值仿真，综合... 详细信息

目前传能光纤受限于芯径大小与材料缺陷，在中红外波段难以解决大模场面积与优良传输性能的矛盾。本文提出了一种7管空芯反谐振光纤，包层管与外包层以相交的方式连接。利用有限元法结合完美匹配层边界条件对光纤进行了数值仿真，综合分析光纤损耗和单模性，得到了光纤参数的优化结果。当纤芯直径为120.0 μm，壁厚为0.7 μm，包层管个数为7个，包层管直径为84.0 μm，外包层半径为146.9 μm时，该光纤在3.0 μm处损耗为0.004 dB/m，在2.5-3.6 μm波段的损耗低于0.01 dB/m，模场面积达到6000 μm2，并且具有极好的单模性。提出的空芯反谐振光纤可在保证大模场条件下实现低损耗单模传输，在中红外传能等领域具有巨大潜力。

关键词：光纤光学空芯反谐振光纤低限制损耗大模场面积传能光纤

基于下山单纯形算法逆向设计二维光子晶体波导型1×5分束器

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物理学报 2022年第14期71卷 131-140页

作者：柯航李培丽施伟华南京邮电大学电子与光学工程学院南京210023

提出了一种新颖的二维光子晶体波导型1×5分束器,为了提高分束器的优化效率和分束性能,利用下山单纯形算法,对提出的1×5分束器进行逆向设计和研究.结果表明,改变耦合区域介质柱半径、Y分支波导中央的调控介质柱半径及其横向偏移量,可... 详细信息

提出了一种新颖的二维光子晶体波导型1×5分束器,为了提高分束器的优化效率和分束性能,利用下山单纯形算法,对提出的1×5分束器进行逆向设计和研究.结果表明,改变耦合区域介质柱半径、Y分支波导中央的调控介质柱半径及其横向偏移量,可以调节分束器5个输出端口的输出光功率比例;利用下山单纯形算法,根据特定的分光比目标,对耦合区域介质柱半径、调控介质柱半径及其横向偏移量进行优化,可以逆向设计出总透过率达到99%以上、附加损耗小于0.044 dB以及响应时间小于1 ps的不同分光比的1×5分束器.此外,对逆向设计的1×5分束器进行了工艺误差分析,确定了各优化参量在实际加工中允许的误差范围,为器件的制作提供了理论参考.该1×5分束器分光比设计灵活,优化效率高,性能优良,尺寸小,在光子集成电路等领域中具有广泛的应用前景.

关键词：分束器逆向设计下山单纯形算法光子晶体

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基于光子晶体光纤的生物质量浓度与温度双参量传感

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激光与光电子学进展 2022年第13期59卷 378-383页

作者：施伟华穆蓉秋张凌南京邮电大学电子与光学工程学院、微电子学院江苏南京210023

提出了一种基于表面等离子体共振和定向耦合效应的D型光子晶体光纤生物双参量传感结构。首先,用光子晶体光纤纤芯与金属膜层之间的表面等离子体共振效应检测生物液体的质量浓度。然后,用光子晶体光纤纤芯与缺陷芯之间的定向耦合效应和... 详细信息

提出了一种基于表面等离子体共振和定向耦合效应的D型光子晶体光纤生物双参量传感结构。首先,用光子晶体光纤纤芯与金属膜层之间的表面等离子体共振效应检测生物液体的质量浓度。然后,用光子晶体光纤纤芯与缺陷芯之间的定向耦合效应和温敏材料的温敏效应作为温度传感机制测量环境温度。最后,用COMSOL Multiphysics有限元软件建立光子晶体光纤传感结构模型并进行数值分析。结果表明,基于表面等离子体共振的质量浓度传感和基于定向耦合的温度传感相互独立,该传感器在34.6~186.7 mg/mL人血清白蛋白质量浓度范围内的灵敏度可达5.44 nm/(mg·mL^(-1)),在20~45℃温度范围内的灵敏度可达17.3 nm/℃。

关键词：传感器生物传感光子晶体光纤温度传感表面等离子体共振定向耦合

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基于二维光子晶体的电磁双参量传感的研究

激光与光电子学进展 2023年第5期60卷 316-322页

作者：施伟华上官铭宇陈伟南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子(未来技术)学院江苏南京210023

提出一种基于二维光子晶体的镜像边腔耦合型电压和磁场强度双参量传感结构。在完整的光子晶体中通过空气孔的平移和尺寸改变引入缺陷,分别形成H0腔和改进的H1腔这两种光子晶体微腔;将H0腔和改进的H1腔分别与W1波导进行边腔耦合,并沿W1... 详细信息

提出一种基于二维光子晶体的镜像边腔耦合型电压和磁场强度双参量传感结构。在完整的光子晶体中通过空气孔的平移和尺寸改变引入缺陷,分别形成H0腔和改进的H1腔这两种光子晶体微腔;将H0腔和改进的H1腔分别与W1波导进行边腔耦合,并沿W1波导做镜像对称结构;在微腔中分别填充液晶和磁流体作为敏感材料,利用液晶的电光效应和磁流体的磁光效应形成电压和磁场强度的传感区域。由于光子晶体的光子局域特性,上述镜像边腔耦合结构的透射谱中形成两个相对独立的透射峰,通过测量两个透射峰的波长偏移量间接测量电压和磁场强度的变化。利用时域有限差分法,在各向异性的完美匹配层边界条件下对传感特性进行数值研究。结果表明:在电压范围分别为14~32 V和32~50 V时,电压灵敏度分别为0.65 nm/V和1.86 nm/V;折射率灵敏度和品质因子在14~50 V的电压范围分别为296 nm/RIU和3350,在10~40 mT的磁场强度范围分别为251 nm/RIU和2722,且磁场强度灵敏度为13.06 nm/mT。

关键词：遥感与传感器二维光子晶体电磁传感镜像式微腔灵敏度

大传输窗口低限制损耗空芯反谐振光纤的数值研究

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光电子．激光 2022年第10期33卷 1087-1093页

作者：娄跃施伟华张甜甜南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子(未来技术)学院江苏南京210023

提出了一种大传输窗口低限制损耗单环嵌套结构的空芯反谐振光纤。采用全矢量有限元法结合完美匹配层边界条件数值模拟了光纤传输特性,并分析了空芯反谐振光纤的结构参数对光纤传输特性的影响。仿真结果表明,优化后的光纤具有大传输窗口... 详细信息

提出了一种大传输窗口低限制损耗单环嵌套结构的空芯反谐振光纤。采用全矢量有限元法结合完美匹配层边界条件数值模拟了光纤传输特性,并分析了空芯反谐振光纤的结构参数对光纤传输特性的影响。仿真结果表明,优化后的光纤具有大传输窗口低限制损耗的优势,且具有平坦色散特性。当纤芯直径为50μm、反谐振管个数N为6、反谐振管厚度t为0.30μm、外层反谐振管直径d为32.50μm、内层反谐振管直径d为21.13μm时,在1260—1675 nm波长范围内,限制损耗均低于0.21 dB/km,色散值为(1.1±0.3)ps/(nm·km),在波长为1550 nm时,限制损耗为0.078 dB/km。

关键词：反谐振光纤低限制损耗大传输窗口有限元法

基于Ag_(2)Se量子点的近红外自组装激光器

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物理学报 2023年第22期72卷 162-170页

作者：廖晨姚宁唐路平施伟华孙少凌杨浩然南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子(未来技术)学院南京210023 南京林业大学机械电子工程学院南京210037 东南大学MEMS教育部重点实验室 SEU-FEI纳皮米中心南京210096 东南大学电子科学与工程学院教育部“信息显示与可视化”国际合作联合实验室南京210096

铅盐量子点的最低量子态的多重简并和胶体量子点与谐振腔耦合难度大,阻碍了近红外胶体量子点激光器的发展.本文利用基于Ag_(2)Se量子点的自组装激光器解决了上述问题.利用最低量子态二重简并的Ag_(2)Se量子点代替铅盐量子点来实现低阈... 详细信息

铅盐量子点的最低量子态的多重简并和胶体量子点与谐振腔耦合难度大,阻碍了近红外胶体量子点激光器的发展.本文利用基于Ag_(2)Se量子点的自组装激光器解决了上述问题.利用最低量子态二重简并的Ag_(2)Se量子点代替铅盐量子点来实现低阈值的近红外光增益.使用有限元法深入分析了咖啡环微腔的模场分布和振荡机制,结果表明光场在横截面内沿之字形路径传播振荡,量子点与腔模式实现了强耦合.分析了腔长与自由光谱范围和激光发射波长的关系,基于此关系以及Ag_(2)Se量子点的增益谱特性设计了单模近红外激光器,分析了该激光器的激光特性.以仿真结果为指导,实验制备了阈值低至158μJ/cm^(2),线宽为0.3 nm的单模近红外激光器.通过增加激光器腔长,使发射波长从1300 nm增至1323 nm.此外,由于Ag_(2)Se量子点的毒性几乎可以忽略,所以本文推进了环境友好的近红外激光器向实用型激光器发展.

关键词：近红外咖啡环微腔胶体量子点环境友好

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