1 新疆师范大学物理与电子工程学院，新疆 乌鲁木齐 830054
2 新疆矿物发光材料及其微结构重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830054
等高线相交法是用于反演微小颗粒复折射率的一种新方法，目前利用该方法反演纳米颗粒复折射率的研究未见报道。以Au纳米球为研究对象，探讨了等高线相交法在纳米颗粒复折射率反演问题中的可行性和可靠性。利用Mie理论和介电函数尺寸修正模型计算得出Au纳米球的光散射和光吸收特性与复折射率的对应关系，结合等高线相交法反演获得颗粒复折射率，给出了等高线相交法出现多个有效解时确定唯一解的后向散射效率约束方式并定量分析了复折射率步长、颗粒尺寸及测量误差等因素对反演结果的影响。最后，与传统迭代法的反演精度进行对比分析，结果表明：Au纳米球对光的散射和吸收效率可以利用等高线相交法反演得到准确的复折射率；当测量误差小于5%时，可以确保反演结果的准确性；同等条件下等高线相交法反演的结果优于迭代法。此研究为Au纳米球复折射率的测量提供简单可靠的反演方法。
Mie理论 等高线相交法 Au纳米球 复折射率 激光与光电子学进展
2023, 60(21): 2116003
新疆师范大学物理与电子工程学院, 新疆 乌鲁木齐 830054
贵金属纳米颗粒具有局域表面等离子体共振特性而引起了广泛的关注, 其中Au-Ag合金纳米颗粒具有良好的结构稳定性、 光热性能以及潜在的抗癌功效而得到普遍研究。 在众多应用中的特性与其粒径和浓度密切相关, 然而目前常用的电子显微镜观察法和动态光散射法不能同时获得粒径和浓度信息, 因此采取有效手段测量颗粒粒径和浓度信息至关重要。 基于光谱消光法, 利用非负的Tikhonov正则化方法解决反演问题, 并根据Mie理论计算消光矩阵。 针对噪声问题, 采取两种情况研究多分散Au-Ag合金纳米球粒径分布与浓度的反演问题。 未添加噪声情况下, 颗粒系Ⅰ的反演相对误差小于颗粒系Ⅱ, 在波长范围300~500 nm之间的反演相对误差最小, 对应平均粒径、 粒径标准差和颗粒数浓度的反演相对误差分别为0%,-0.03%和0%。 添加随机噪声情况下, 将0.5%和1.0%的随机噪声添加进颗粒系Ⅰ中的消光谱, 经过数据比较发现在波长范围200~600 nm之间的反演相对误差最小。 当添加0.5%的随机噪声时, 粒径分布、 粒径标准差和颗粒数浓度的变化范围分别为79.76~80.15 nm, 5.60~6.61 nm和0.995 8×1010~1.005 9×1010个·cm-3; 当添加1.0%的随机噪声时, 粒径分布、 粒径标准差和颗粒数浓度的变化范围分别为78.87~80.27 nm, 5.36~9.00 nm和0.992 4×1010~1.027 7×1010个·cm-3。 反演结果随着随机噪声的增大, 变化范围也明显增大即反演相对误差增大, 并且每次添加相同随机噪声后的反演结果不同。 为了减少随机噪声导致的不稳定性, 对100次反演结果进行平均得到平均粒径、 粒径标准差和颗粒数浓度。 当随机噪声从0.5%增大至1.0%时, 其反演结果的相对误差均增大, 但是反演得到的粒径分布、 粒径标准差和颗粒数浓度相对误差均小于6%, 这说明通过反演算法得到的反演结果具有较好的稳定性。 研究表明, 光谱消光法为反演多分散Au-Ag合金纳米球粒径分布与浓度提供了一种简单、 快速的表征手段, 也对研究非球形纳米颗粒有启示作用。
消光法 光谱分析 复合纳米材料 局域表面等离子体共振 Mie理论 Tikhonov正则化 Light extinction Spectroscopic analysis Nanocomposites Localized surface plasmon resonance Mie theory Tikhonov regularization 光谱学与光谱分析
2022, 42(10): 3039
1 新疆师范大学物理与电子工程学院，新疆 乌鲁木齐 830054
2 新疆矿物发光材料及其微结构重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830054
基于Mie理论分析单分散Au-Ag合金纳米球消光特性随粒径和波长的变化情况。在理论计算中，根据金属纳米颗粒中自由电子平均自由程的缩短效应对Au-Ag合金纳米颗粒的介电函数进行修正。基于消光特性提出了三种确定粒径和浓度的拟合公式，包括共振波长法、双波长消光法和改进的双波长消光法。结果表明，只要测得颗粒的消光谱，就能利用拟合公式反演颗粒的粒径和浓度。此外，对比三种方法的灵敏度和粒径范围发现，相比其他方法，共振波长法的原理更简单、速度更快。
散射 Mie理论 消光法 Au-Ag合金纳米球 局域表面等离激元共振 反演 激光与光电子学进展
2022, 59(7): 0729001
1 新疆师范大学物理与电子工程学院，新疆 乌鲁木齐 830054
2 新疆矿物发光材料及其微结构重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830054
为了寻找单个Au纳米球壳在连续激光激发下的最大表面温度变化及对应的颗粒最优尺寸，利用Mie理论、介电函数尺寸修正模型和热方程定量研究了波长、内核半径和外壳厚度对单个Au纳米球壳光热特性的影响。首先，通过改变Au纳米球壳的内核半径及外壳厚度调节共振峰的大小和位置，并得到所需的颗粒表面温度变化情况。然后，针对颗粒光热特性的应用，给出近红外波段内四个典型波长（800，808，820，1064 nm）下单位入射光强度的最大颗粒表面温度变化量γmax及对应的颗粒最优尺寸。最后，给出了上述波长下单位入射光强度的颗粒表面温度变化量大于0.9γmax的颗粒尺寸分布。该研究对光热治疗、等离子体辅助光催化以及颗粒制备等方面的研究具有重要意义。
散射 Mie理论 Au纳米球壳 介电函数 光热特性 优化 激光与光电子学进展
2022, 59(7): 0725001
1 新疆师范大学物理与电子工程学院，新疆 乌鲁木齐 830054
2 新疆师范大学新型光源与微纳光学重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830054
基于Au纳米颗粒的稳定性、无毒性、生物相容性和Ag纳米颗粒优异的消光特性，Au-Ag合金纳米颗粒在生物传感中存在着潜在的应用价值。为了能找到传感性能更好的合金纳米颗粒，本文利用双层球Mie散射理论和介电函数尺寸修正模型定量研究了Au-Ag合金纳米球壳的尺寸参数对折射率灵敏度、半峰宽和品质因子的影响，获得了最佳品质因子和对应的优化尺寸。同时，本文研究了Au摩尔分数对最佳品质因子和优化尺寸的影响。结果发现，当Au摩尔分数x为0.5时，Au-Ag@SiO2（Au-Ag@Vacuum）合金纳米球壳的最大品质因子为2.09（2.20），对应的内核半径和外壳厚度分别为22.3 nm（23.6 nm）和8.7 nm（6.9 nm）。当Au摩尔分数小于0.25时，Au-Ag合金纳米球壳的品质因子优于Au纳米球壳。随着Au摩尔分数的减小，品质因子增大，甚至是Au纳米球壳的2~3倍。此研究为Au-Ag合金纳米球壳在生物传感领域中的有效应用提供了理论指导。
Au-Ag合金纳米球壳 Mie理论 传感 品质因子 局域表面等离激元共振 Au-Ag nanoshell Mie theory Sensing Figure of Merit Localized Surface Plasmon Resonance
1 新疆师范大学物理与电子工程学院, 新疆 乌鲁木齐 830054
2 新疆师范大学新型光源与微纳光学重点实验室, 新疆 乌鲁木齐 830054
为了找到光吸收和后向散射特性更好的纳米球壳,利用双层同心球的Mie散射理论和介电函数的尺寸修正模型定量分析了Au-Ag合金纳米球壳的内核半径、外壳厚度、合金成分和周围介质对光吸收和后向散射特性的影响。结果表明,当Au的摩尔分数为50%,步距为0.01 nm,内核分别为SiO2和真空情况时,Au-Ag合金纳米球壳的体积吸收系数最大值分别为93.660 μm -1和99.316 μm -1时,内核半径分别为27.89 nm和28.02 nm,外壳厚度分别为3.95 nm和3.35 nm;后向散射系数的最大值分别为5.280 μm -1和5.550 μm -1时,内核半径分别为56.08 nm和56.37 nm,外壳厚度分别为10.47 nm和8.89 nm。此外,当Au的摩尔分数小于9%时,Au-Ag合金纳米球壳的光吸收特性优于Au纳米球壳;当Au的摩尔分数小于11%时,Au-Ag合金纳米球壳的后向散射特性优于Au纳米球壳。
光谱学 光吸收与后向散射 Au-Ag合金纳米球壳 Mie散射理论 局域表面等离激元共振 光学学报
2021, 41(11): 1129001
1 高功率激光物理联合实验室, 上海 201800
2 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
3 中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所, 上海 201800
神光Ⅱ大型固体高功率激光装置是我国激光驱动器发展历史的里程碑, 其成功研制使我国高功率固体激光工程与技术、聚变物理与基础物理研究实现了全面且本质的跨越式发展。简要概述了神光Ⅱ激光装置研制中创新发展的大量工程方案与技术手段, 举例介绍了神光Ⅱ激光装置在近20年来的高质量运行中取得的众多有国际影响力的研究成果。经多方支持和多年持续发展, 已经形成数万焦耳级纳秒激光装置、皮秒拍瓦以及飞秒拍瓦激光装置等, 这些装置是我国惯性约束核聚变、强场物理、高能量密度物理等研究领域中重要的物理实验核心平台之一。
激光技术 惯性约束核聚变 固体激光驱动器 聚变点火 高功率激光
中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理国家实验室,上海,201800
神光-Ⅱ实验装置经过一段时间的改进,特别是在光束质量方面的提高,填充因子已经达到50%左右,光束的空间分布比较均匀,又使用新的N31型磷酸盐钕玻璃,荧光寿命从250 μs提高到330 μs,使其增益能力大大地提高,6片N31型磷酸盐钕玻璃片与厚度相同的8片N21老型磷酸盐钕玻璃片相比,增益增加约10%左右.
增益系数 荧光寿命 磷酸盐钕玻璃
中国科学院上海光机所高功率激光物理实验室,上海,201800
在此以前,激光主放大器包括神光-Ⅱ试验装置,开始所使用的工作物质被称作N21型磷酸盐钕玻璃,荧光寿命250μs左右,受激发射截面3.5×10-20 cm2.目前在神光-Ⅱ试验装置中所使用的工作物质被称作N31型磷酸盐钕玻璃,其荧光寿命为330μs左右,受激发射截面是3.8×10-20 cm2.试验表明,钕玻璃荧光寿命每增加10%时,小信号的增益系数增加5%左右.N31型磷酸盐钕玻璃小信号的增益系数是N21型磷酸盐钕玻璃的1.3倍左右.基于此种原因,我们在神光-Ⅱ试验装置中的同轴双程放大器中的一路,采用新型N31型磷酸盐钕玻璃进行了增益试验,取得了一些比较满意的结果.……
报道了一种新型组合式(2X×列阵)同轴双程放大器──“神光-Ⅱ”实验装置的主放大器,净通光口径为φ200 mm.以及在单束原型机上取得的判断实验和理论计算的结果。
同轴双程放大器 组合式
