金屬微納結(jié)構(gòu)中量子點的Purcell效應(yīng)和熒光發(fā)射調(diào)制結(jié)題摘要

量子點是重要的納米尺度光源，在高亮度光源、光通信和量子信息處理等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景。有效調(diào)控量子點光學(xué)特性，如亮度、壽命、方向和偏振等屬于目前面臨的重大科學(xué)挑戰(zhàn)。我們通過金屬納米結(jié)構(gòu)-量子點耦合系統(tǒng)，實現(xiàn)了對量子點光學(xué)特性的有效調(diào)控。 理論研究方面：我們設(shè)計多種金屬納米結(jié)構(gòu)，通過研究模式分布、耦合和調(diào)控特性，揭示出了金屬納結(jié)構(gòu)與量子點的耦合規(guī)律，發(fā)現(xiàn)了有效調(diào)控量子點特性方法；在樣品制備方面，我們成功制備了多種金屬納米結(jié)構(gòu)-量子點的復(fù)合結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)包含豐富模式，可以用來有效調(diào)控量子點的光學(xué)行為；在光學(xué)系統(tǒng)搭建發(fā)面，我們實現(xiàn)了多種光學(xué)系統(tǒng)，包括熒光強度和壽命三維掃描成像系統(tǒng)和傅里葉成像光學(xué)系統(tǒng)等，其中熒光強度和壽命三維掃描成像系統(tǒng)具有同時對熒光強度和壽命三維掃描成像、可編程路徑的自動化掃描、靈活控制在每一位置采集數(shù)據(jù)的時長以及衍射極限的分辨率的突出特性。利用上述光學(xué)系統(tǒng)和我們制備的樣品，我們在量子點熒光壽命和定向發(fā)射方面取得突出成果。在量子點壽命調(diào)控方面：我們利用表面等離激元調(diào)制量子點雙光子熒光特性，發(fā)現(xiàn)了行波表面等離激元與局域表面等離激元對量子點調(diào)控規(guī)律和特點，特別是獲得了極短的量子點壽命，僅有12皮秒，比目前報道的最短壽命少兩個數(shù)量級。在量子點定向輻射方面：研究并實現(xiàn)了具有高度方向性且輻射方向可調(diào)的光學(xué)行波天線，其輻射瓣的半高寬分別低至37°和22°。該天線的輻射方向可由兩種方式調(diào)控：改變V形行波天線的折角大小調(diào)控該天線的輻射方向，不同的銀納米線折角對應(yīng)不同的輻射光方向性；以及改變饋入模式實現(xiàn)對輻射方向的調(diào)控，該銀納米線支持多種行波模式，通過改變激發(fā)光偏振方向角β，可以改變該天線的饋入模式，所對應(yīng)的輻射方向也不同，從而實現(xiàn)在不改變行波天線物理結(jié)構(gòu)的情況下改變其輻射方向，我們利用該天線實現(xiàn)了對量子點熒光輻射的定向，其定向性等同于天線輻射的定向性。

基于量子點在熒光標記、微納光源等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，以及其自身熒光強度弱、發(fā)光方向和偏振隨機等缺陷，并結(jié)合我們前期已有的工作基礎(chǔ)，通過理論推導(dǎo)、數(shù)值模擬、實驗測量等多種途徑深入開展研究：設(shè)計具有優(yōu)良特性的新型金屬微納結(jié)構(gòu)，探索各種結(jié)構(gòu)參數(shù)對其表面等離子體性質(zhì)的影響；將金屬微納結(jié)構(gòu)與量子點耦合，對比不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對其中量子點Purcell效應(yīng)的影響；觀察耦合體系中結(jié)構(gòu)參數(shù)對量子點熒光發(fā)射角度和方向的調(diào)制規(guī)律；分析上述規(guī)律與結(jié)構(gòu)中表面等離激元特性的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，探索體系中的具體物理機制，為研發(fā)超亮準直的微納光源提供理論指導(dǎo)和依據(jù)。

本項目針對基于振動聲調(diào)制效應(yīng)的非線性超聲檢測方法，旨在研究結(jié)構(gòu)微缺陷在隨機共振系統(tǒng)下的振動調(diào)制超聲效應(yīng)，從而建立利用隨機共振增強結(jié)構(gòu)微缺陷振動聲調(diào)制檢測的新原理與新技術(shù)。圍繞以上目標，我們從非線性結(jié)構(gòu)模型與隨機共振理論、結(jié)構(gòu)缺陷超聲成像基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)微缺陷振動調(diào)制超聲效應(yīng)、結(jié)構(gòu)微缺陷振聲調(diào)制增強檢測技術(shù)等方面展開研究，取得以下有特色的創(chuàng)新性成果：（1）通過懸臂梁磁鐵耦合物理建模研究，創(chuàng)新性提出包括三穩(wěn)態(tài)勢阱的多種新型勢阱模型，揭示了其增強非線性系統(tǒng)穩(wěn)定性的動力學(xué)機制；（2）在缺陷聲源定位和成像方面，通過時頻分析和聲陣列研究，提高了聲源成像的精度和抗干擾能力；（3）利用磁鐵耦合結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)了非共振區(qū)振動聲調(diào)制以及頻移振動聲調(diào)制等新的非線性超聲效應(yīng)，并揭示了其動力學(xué)原因；（4）利用雙穩(wěn)結(jié)構(gòu)振動的寬頻響應(yīng)和特殊滯回現(xiàn)象，實現(xiàn)微缺陷的振動聲調(diào)制增強檢測，成功用于微缺陷的定量評估和定位成像。四年來，在《Appl. Phys. Lett.》、《J. Sound Vib.》、《Mech. Syst. Signal Process.》、《Rev. Sci. Instrum.》、《ASME J. Vib. Acoust.》、《Meas. Sci. Technol.》等期刊發(fā)表論文25篇（SCI檢索24篇），另外發(fā)表國際會議論文5篇（EI檢索4篇），在Google Scholar被引用近200次，單篇引用最高36次。申請中國發(fā)明專利3項，已獲授權(quán)1項。培養(yǎng)博士學(xué)位研究生 4 名、碩士學(xué)位研究生4名。項目負責人入選2013年度教育部“新世紀優(yōu)秀人才”和2016年度中國科學(xué)院“青年創(chuàng)新促進會”等人才計劃。該項目研究揭示了非線性動力學(xué)對結(jié)構(gòu)微缺陷超聲檢測的促進作用，拓展了傳統(tǒng)振動聲調(diào)制的壞境適應(yīng)性，能夠顯著改善結(jié)構(gòu)微缺陷振動聲調(diào)制檢測的抗干擾能力，為工程結(jié)構(gòu)微缺陷的可靠診斷提供了新的原理與方法，具有重要的理論和實踐意義。 2100433B

結(jié)構(gòu)微缺陷是工程結(jié)構(gòu)服役的重大安全隱患，內(nèi)部微缺陷的有效檢測對于及時預(yù)測結(jié)構(gòu)損傷、保障結(jié)構(gòu)健康服役具有極其重要的意義。非線性超聲檢測顯示了對微缺陷的一定敏感性，但在檢測效果上也存在很大的挑戰(zhàn)。本項目針對基于振動聲調(diào)制效應(yīng)的非線性超聲檢測方法，致力于研究利用隨機共振增強結(jié)構(gòu)微缺陷振動聲調(diào)制檢測的新原理與新技術(shù)。研究主要包括三個方面：結(jié)合隨機共振和振動聲調(diào)制兩種非線性效應(yīng)探討隨機共振增強結(jié)構(gòu)共振從而增強振動聲調(diào)制效應(yīng)的原理；構(gòu)造一種具有振動雙穩(wěn)態(tài)的雙穩(wěn)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，研究寬帶振動激勵下雙穩(wěn)結(jié)構(gòu)振動聲調(diào)制的增強效應(yīng)；系統(tǒng)地研究雙穩(wěn)結(jié)構(gòu)微缺陷振動聲調(diào)制檢測的量化和定位技術(shù)。該項研究將揭示非線性效應(yīng)對結(jié)構(gòu)微缺陷檢測的影響，能夠顯著改善結(jié)構(gòu)微缺陷檢測的抗干擾性。本項目的成功實施將構(gòu)建一種有效的雙穩(wěn)結(jié)構(gòu)微缺陷振動聲調(diào)制增強檢測技術(shù)，為工程結(jié)構(gòu)微缺陷的可靠診斷提供新的原理與方法，具有重要的理論和實踐意義。

ransmitting frequency derivation of high modulating

當發(fā)射機的輸入調(diào)制頻率在3KHz以上時，發(fā)射機輸出頻偏的下降特性。2100433B