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用于常规和超快表面增强拉曼散射的光纤尖端探针研究

DOI：10.1088/1367-2630/ab7bd4 期刊：New Journal of Physics 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:19:57
摘要： 在本研究中，我们采用恒定结构的介质锥形光纤探针，通过改变金纳米颗粒（NPs）的空间排布方式，对光纤尖端探针中超短脉冲传播进行了三维计算实验。有趣的是，电场强度最高的"热点"并非出现在同排纳米颗粒链上，而是位于探针尖端相邻纳米颗粒链的末端颗粒之间（同排链间热点的电场强度量级为101，而相邻链末端颗粒间的电场强度量级达103）。最终我们确定仅含六个末端纳米颗粒的构型（Config4）具有最高的电场增强幅度，能在表面增强拉曼散射（SERS）检测目标物体时提供最佳空间分辨率。所有构型的热点超短时域响应均呈现较高脉冲展宽（相对展宽超过4.3%）。同时由于入射脉冲反射及后续干涉效应，除最优构型Config4外，多数热点的时域响应都包含多个峰。值得注意的是，Config4所有热点的超短时域响应虽呈单峰特征，但脉冲展宽仍较显著（相对展宽达234.1%）。结果表明，这种仅含六个末端纳米颗粒的新型金纳米颗粒包覆光纤尖端探针结构值得进一步研究，其可能具备重要的实际应用价值。
作者： YEVHENII M. MOROZOV，ALEXANDER V. PRYGUN，ANATOLIY S. LAPCHUK，ANDRIY A. KRYUCHYN，JAKUB DOSTALEK
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究用于常规和超快表面增强拉曼散射应用的金纳米颗粒修饰光纤尖端探针。

研究成果

我们发现了一种仅含六个末端纳米颗粒的构型（Config4），该构型展现出电场振幅增强的最大优势，在对目标物体进行表面增强拉曼散射（SERS）分析时有望提供最高的空间分辨率。结果表明，需要对该仅含六个末端纳米颗粒的构型（Config4）进行进一步的理论分析、数值优化以及实验验证。这将有助于我们深入理解该构型的参数行为，从而改善其超短特性。

研究不足

所有构型中热点的时域响应均表现出较强的脉冲展宽特征（相对展宽大于或等于4.3%）。由于入射脉冲的反射及随之产生的干涉效应，除Config4外，大多数热点的时域响应都包含多个峰。这表明需要深入进行结构初步优化和采用不同的激光脉冲整形技术，才能获得单峰且未展宽的脉冲响应。然而，由于此类结构的制造精度问题（特别是纳米粒子的尺寸及其间距），将其用于超快分析仍存在一定困难。

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