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金属光栅覆盖DBR结构的透射增强效应研究

物理学报 2024年

作者：关建飞俞潇丁冠天陈陶陆云清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

为了采用易于直接激发的塔姆等离激元(Tamm plasmon polaritons， TPPs)实现透射增强现象，本文提出了一种由一维金属光栅覆盖分布式布拉格反射镜(distributed bragg reflector， DBR)构成的层状结构．采用有限元法分析了入射光波在DBR... 详细信息

为了采用易于直接激发的塔姆等离激元(Tamm plasmon polaritons， TPPs)实现透射增强现象，本文提出了一种由一维金属光栅覆盖分布式布拉格反射镜(distributed bragg reflector， DBR)构成的层状结构．采用有限元法分析了入射光波在DBR-金属交界面上激发TPPs并产生能量高度局域的物理过程．研究表明入射TM光波在金属-DBR交界面上激发的TPPs可以有效地激发金属狭缝内的SPPs模式，当SPPs模式在狭缝内满足类FP谐振的条件就可以使入射光波在该结构中的产生透射增强．通过分析狭缝宽度及其占空比对透射谱峰的定量影响．结果显示：周期确定时随着狭缝宽度的增大，峰值透射率则呈现先增大而后减小的变化趋势；宽度确定时随着占空比的增加，峰值透射率会呈现单调降低的变化趋势，而透射峰中心波长呈现近似线性蓝移趋势，这为灵活调节异常透射的中心波长提供了一种有效手段．

关键词：光学异常透射金属光栅塔姆等离激元类法布里-珀罗共振

AFOCT系统中敏感光纤器件的老化对系统测量准确性的影响

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传感技术学报 2024年第2期37卷 209-215页

作者：陈明锟陈辉杨肖彭光强王越杨孙豪陆云清王瑾南京邮电大学通信与信息工程学院江苏南京210023 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心广东广州510700 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司昆明局云南昆明650021

研究了全光纤电流互感器(AFOCT)系统中敏感光纤器件老化对系统测量准确性的影响。首先,基于法拉第磁光效应,采用琼斯矩阵建立AFOCT系统的传输模型;结合存在双折射的传感光纤的琼斯矩阵,给出系统的注入电流测量值的表达式。进一步,搭建... 详细信息

研究了全光纤电流互感器(AFOCT)系统中敏感光纤器件老化对系统测量准确性的影响。首先,基于法拉第磁光效应,采用琼斯矩阵建立AFOCT系统的传输模型;结合存在双折射的传感光纤的琼斯矩阵,给出系统的注入电流测量值的表达式。进一步,搭建了光学测试系统,实验表征传感光纤的双折射率;基于测试结果,对传感光纤的琼斯矩阵以及系统传输模型进行校准,以降低AFOCT系统注入电流的测量误差。最后,对传感光纤开展了相当于实际运行3个月的加速老化试验,并测试获得老化后传感光纤的双折射率。采用校准后的AFOCT系统传输模型,分析了老化后双折射率的变化对系统注入电流测量值的影响。实验结果表明,在传感光纤老化3个月之后,系统就已经产生了0.2955%的相对误差。

关键词：全光纤电流互感器琼斯矩阵双折射敏感光纤老化校准

基于塔姆等离激元激发法布里-珀罗谐振的折射率传感器设计

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光学学报 2023年第14期43卷 292-299页

作者：丁冠天关建飞陈陶陆云清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

在金属光栅覆盖分布式布拉格反射镜(DBR)双层结构中,利用金属与DBR交界面上的塔姆等离激元(TPPs)能够激发金属光栅狭缝内的表面等离激元(SPPs)的法布里-珀罗(F-P)谐振,由此产生的能量局域有助于感知狭缝内填充介质的折射率参数。为了进... 详细信息

在金属光栅覆盖分布式布拉格反射镜(DBR)双层结构中,利用金属与DBR交界面上的塔姆等离激元(TPPs)能够激发金属光栅狭缝内的表面等离激元(SPPs)的法布里-珀罗(F-P)谐振,由此产生的能量局域有助于感知狭缝内填充介质的折射率参数。为了进一步提升TPPs的激发效率,实现高灵敏度折射率传感,本文提出在金属光栅底部引入金属膜层构建金属光栅-金属膜-DBR的三层复合结构,采用有限元法分析了膜层厚度对复合结构透射谱线的定量影响。仿真结果显示,随着金属膜层厚度的增加,透射峰的谱宽单调减小,而峰值透射率呈现先增大后减小的变化趋势,在膜厚为12 nm时最大,相比无膜层结构,光谱峰值透射率提升约29%。在此基础上通过改变光栅占空比及金属光栅高度,分析了光栅狭缝中三到五阶类F-P谐振模对应的透射峰的传感性能指标。结果表明,随着占空比的减小,各阶谐振模透射峰的灵敏度显著增大。当选择占空比为60%时,四阶和五阶谐振透射峰的传感灵敏度分别升至171.20 nm/RIU(灵敏度单位)和178.35 nm/RIU。此外,改变金属光栅的高度可以实现折射率探测区间近乎线性移动,当光栅高度从900 nm增大到1200 nm时,基于三到五阶谐振模式的探测区间可以有效覆盖从1.00到2.27的折射率区间。本文的研究结果为利用TPPs进行折射率传感提供了一种有效的设计思路。

关键词：遥感与传感器表面等离激元塔姆等离激元金属光栅类法布里-珀罗谐振折射率传感器

基于塔姆激元激发Fabry-Perot谐振的折射率传感器设计

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光学学报 2023年

作者：丁冠天关建飞陈陶陆云清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

在金属光栅覆盖分布式布拉格反射镜(distributed bragg reflector, DBR)双层结构中,利用金属与DBR交界面上的塔姆等离激元(Tamm plasmon polaritons, TPPs)能够激发金属光栅狭缝内的表面等离激元(surface plasmon polaritons, SPPs)的Fabry-Perot谐振，由此产生的能量局域有助于感知狭缝内填充介质的折射率参数。为了进一步提升TPPs的激发效率，实现高灵敏度折射率传感，本文提出在金属光栅底部引入金属膜层构建金属光栅-金属膜-DBR的三层复合结构，采用有限元法分析了膜层厚度对复合结构透射谱线的定量影响。仿真结果显示：随着金属膜层厚的增加，透射峰的谱宽单调减小，而峰值透射率呈现先增大而后减小的变化趋势，在膜厚为12 nm时取到最大，相比无膜层结构，光谱峰值透射率提升约29%。在此基础上通过改变光栅占空比及金属光栅高度分析了光栅狭缝中3-5阶类FP谐振模对应的透射峰的传感性能指标。结果表明：随着占空比的减小，各阶谐振模透射峰的灵敏度显著增大。当占空比选为0.6时，四阶和五阶谐振透射峰的传感灵敏度分别升至171.2 nm/RIU和178.35nm/RIU。此外，改变金属光栅的高度可以实现折射率探测区间近乎线性移动，当光栅高度从900 nm增大到1200 nm时，基于3-5阶谐振模式的探测区间可以有效覆盖从1.0到2.27的折射率区间。本文的研究结果为利用TPPs进行折射率传感提供了一种有效设计思路。

关键词：表面等离激元塔姆等离激元金属光栅类法布里-珀罗共振折射率传感器

基于机器学习与预测分析的直流光测量系统远程模块的寿命预测方法

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传感技术学报 2023年第3期36卷 397-403页

作者：陈明锟朱楚伟陈辉陆云清王瑾南京邮电大学通信与信息工程学院江苏南京210046

针对高压直流换流站中直流光测量系统的远程模块,基于机器学习方法,采用预测分析理论,建立了其剩余寿命的预测模型。搭建了远程模块特征参数采集系统,以采集远程模块的特征参数,并确定了其工作状态阈值;接着采用离群点检测算法检查远程... 详细信息

针对高压直流换流站中直流光测量系统的远程模块,基于机器学习方法,采用预测分析理论,建立了其剩余寿命的预测模型。搭建了远程模块特征参数采集系统,以采集远程模块的特征参数,并确定了其工作状态阈值;接着采用离群点检测算法检查远程模块运行情况;最后基于多元线性回归算法采用训练数据样本集搭建远程模块剩余寿命的预测模型,实现对远程模块剩余寿命的预测。进一步,通过测试数据样本集来评价了寿命预测模型的精确程度。结果显示,该模型寿命预测结果的均方误差和均方根误差分别为0.009072和0.0952,从而说明该寿命预测模型的预测结果较好,精确度较高。

关键词：机器学习寿命预测离群点检测多元线性回归远程模块

高能电子在强激光场中的同步辐射获得超短X射线脉冲

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强激光与粒子束 2008年第10期20卷 1737-1740页

作者：田友伟陆云清南京邮电大学数理学院南京210003 南京邮电大学光电工程学院南京210003

研究了逆流相对论高能电子与强激光脉冲相互作用的同步辐射过程,当电子具有合适的初速度且传播方向与激光的传播方向相反时,电子在激光脉冲中心作圆周运动。由于电子的运动半径比传统同步辐射环中电子的运动半径小几个数量级,因此电子... 详细信息

研究了逆流相对论高能电子与强激光脉冲相互作用的同步辐射过程,当电子具有合适的初速度且传播方向与激光的传播方向相反时,电子在激光脉冲中心作圆周运动。由于电子的运动半径比传统同步辐射环中电子的运动半径小几个数量级,因此电子的辐射能量大大增加。研究发现此过程可以获得阿秒和泽秒X射线脉冲;同时发现随着入射电子初能量的增加和激光能量的增强,获得X射线脉冲脉宽越来越短,强度越来越大。这使得激光同步辐射可以成为一种强大的短波长短脉宽的辐射光源。

关键词：阿秒脉冲泽秒脉冲 X射线激光同步辐射

激发态分子内质子转移有机分子HBT的三阶非线性光学特性

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物理学报 2010年第7期59卷 4687-4693页

作者：郑加金陆云清李培丽南京邮电大学光电工程学院光通信研究所南京210003

以532nm皮秒脉冲作抽运光,采用单光束Z-扫描技术对具有激发态分子内质子转移效应的有机分子2-(2′-羟基苯基)苯并噻唑(HBT)在其双光子吸收区的非线性光学特性进行了研究.实验结果表明,对532nm波长的光,HBT分子存在明显的双光子吸收.通... 详细信息

以532nm皮秒脉冲作抽运光,采用单光束Z-扫描技术对具有激发态分子内质子转移效应的有机分子2-(2′-羟基苯基)苯并噻唑(HBT)在其双光子吸收区的非线性光学特性进行了研究.实验结果表明,对532nm波长的光,HBT分子存在明显的双光子吸收.通过拟合开孔Z-扫描实验数据,求解了HBT分子在其双光子吸收区的非线性吸收系数,并探讨了抽运光强度对介质双光子吸收效应的影响.采用高斯分解法,通过拟合闭孔Z-扫描除以开孔Z-扫描数据,理论推导并计算了在介质对抽运光存在非线性吸收的情况下HBT分子的非线性折射率,以及不同入射光强度时HBT分子的三阶非线性极化率实部和虚部的值.计算结果表明,理论分析与实验结果较好地符合,这些结果为进一步研究和开发此类材料的应用提供了理论与实验依据.

关键词： 2-(2′-羟基苯基)苯并噻唑(HBT) 激发态分子内质子转移双光子吸收非线性光学特性

基于TPPs-SPPs混合模式的激发以增强单纳米缝异常透射

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物理学报 2016年第20期65卷 113-122页

作者：陆云清成心怡许敏许吉王瑾南京邮电大学光电工程学院南京210023

单纳米金属缝结构,由于其结构紧凑、易于集成、耦合效率高,常常在基于表面等离子体激元(surface plasmon polaritons,SPPs)的纳米结构器件中用于构建光源.但是,单纳米缝的低透射率一直是该结构向实际应用转化中的问题;实际上,如何有效... 详细信息

单纳米金属缝结构,由于其结构紧凑、易于集成、耦合效率高,常常在基于表面等离子体激元(surface plasmon polaritons,SPPs)的纳米结构器件中用于构建光源.但是,单纳米缝的低透射率一直是该结构向实际应用转化中的问题;实际上,如何有效地增强其透射率一直是研究的重点.本文提出了一种有效增强单纳米缝异常透射的方法和结构,该结构由分布式布拉格反射镜(distributed bragg reflector,DBR)和金属银薄膜纳米缝构成.当TM偏振光由DBR侧入射至DBR-银纳米缝结构时,DBR-银膜界面上的塔姆激元(Tamm plasmon polaritons,TPPs)和纳米缝中的SPPs能够同时被有效激发,并相互耦合形成TPPs-SPPs混合模式,当TPPs与SPPs满足波矢匹配条件时,利用TPPs的局域场增强效应可显著提高SPPs的激发效率,结合纳米缝中的类法布里-珀罗腔共振效应,最终可实现对单纳米缝异常透射率的有效增强.本文利用传输矩阵法和有限元算法分析了DBR-银纳米缝结构上单纳米缝的透射特性.经过参数优化,在银膜厚度为100 nm、纳米缝宽为11 nm时,DBR-银纳米缝结构的最大透射率为0.166,相对于TiO_2银纳米缝结构(无DBR)的透射率(0.01),提高了16倍.该研究从基本物理机理出发,实现了对单纳米缝异常透射的增强,研究结果在纳米光子学、近场光学成像与探测、极化激元激光器等相关领域具有潜在的应用价值.

关键词：异常透射塔姆激元表面等离子体激元类法布里-珀罗腔共振

初始相位对周期量级激光脉冲Thomson散射特性的影响

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强激光与粒子束 2008年第12期20卷 1993-1996页

作者：田友伟陆云清邓德刚南京邮电大学数理学院南京210003 南京邮电大学光电工程学院南京210003 中国计量学院材料学院杭州310018

用电子Thomson散射的经典理论,研究了周期量级激光脉冲作用下电子Thomson散射的特性,讨论了不同激光强度下,激光脉冲的初始相位对电子辐射的空间分布以及特定方向上频谱分布特性的影响。计算表明:对弱激光脉冲,电子辐射的空间分布类似... 详细信息

用电子Thomson散射的经典理论,研究了周期量级激光脉冲作用下电子Thomson散射的特性,讨论了不同激光强度下,激光脉冲的初始相位对电子辐射的空间分布以及特定方向上频谱分布特性的影响。计算表明:对弱激光脉冲,电子辐射的空间分布类似于偶极天线的对称双叶结构,初始相位对电子的辐射几乎没有影响;而对强激光脉冲,电子辐射的空间分布出现了三叶结构,初始相位对电子的辐射影响非常显著。

关键词：初始相位周期量级脉冲 Thomson散射空间分布