光谱法研究一种具有渐变折射率的新型等离子体光子晶体

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等离子体发射光谱原理

等离子体发射光谱原理
等离子体发射光谱原理是基于等离子体的特性和能级结构来解释的。

当物质被加热到足够高的温度时，原子和分子中的电子被激发到高能级，形成一个高温、电离度高的气体状态，这就是等离子体。

在等离子体中，电子在不同的能级之间跃迁会产生能量的释放，这种能量以光的形式发射出来。

光谱是将光的不同波长进行分离和测量的方法。

等离子体发射光谱即是通过分析等离子体所发出的光，来研究物质的性质和组成。

在等离子体发射光谱中，首先需要将物质加热到足够高的温度，使其形成等离子体。

加热的方式可以是电弧、火焰或激光等。

随后，等离子体开始发射光，这些光包含了不同波长的光子。

等离子体发射光谱的原理是根据能级结构来解释的。

在高温下，原子和分子中的电子被激发到不同的能级。

当电子从一个能级跃迁到另一个较低能级时，会释放出能量，这些能量以光的形式发射出来。

每个原子或分子都有自己特定的能级结构，因此它们会产生特定波长的光。

通过测量等离子体发射的光谱，我们可以得到物质的组成和性质的信息。

每个元素都有其特定的光谱，可以用于元素的定性和定量分析。

由于不同元素的能级结构不同，它们会产生不同波长的发射光，形成独特的光谱图案。

总的来说，等离子体发射光谱是一种用于分析和研究物质的方
法，通过测量等离子体发射的光谱，我们可以获取关于元素组成和性质的重要信息。

等离子体光子晶体的FDTD分析

南京航空航天大学硕士学位论文等离子体光子晶体的FDTD分析姓名：***申请学位级别：硕士专业：电磁场与微波技术指导教师：***20080401南京航空航天大学硕士学位论文摘要光子晶体是一种由两种介电常数不同的介质周期性排列构成的人工材料，即所谓的“光半导体”。

由于其独特的性能和潜在的巨大的应用前景，光子晶体已成为近十多年来国际科学领域研究热点。

等离子体光子晶体是等离子体和介质或真空构成的周期性结构。

本文分别对一维和二维以及三维的等离子体光子晶体结构进行数值仿真研究，研究了不同几何结构和等离子体参数下电磁带隙结构的特性，以掌握其带隙与等离子体光子晶体各项参数之间的内在联系，为等离子体光子晶体结构的具体设计提供指导。

由于等离子体光子晶体结构的复杂性，使人们难以对其做定性的或者解析分析，只能应用繁复的数值模拟，因此等离子体光子晶体计算方法是本论文的主要内容之一。

时域有限差分方法(FDTD)在电磁场数值模拟领域正受到越来越多的注意。

它直接在时域求解离散化了的麦克斯韦方程组，能模拟任意几何形状的结构；它的另外一个优点是可以通过输入脉冲得到脉冲响应进行傅立叶变换，一次计算出包含很大频率范围的结果。

本文使用了一种新的色散介质的积时域有限差分方法，分段线性电流密度递归卷积时域有限差分方法，来处理等离子体光子晶体结构模型中复杂的等离子体部分的计算。

光子晶体的主要特性就是光子禁带，然而只有特殊的周期结构才有光子禁带，因此光子晶体结构设计是光子晶体理论研究的重要内容。

本文分析了等离子体光子晶体的各项参数对带隙的影响。

研究发现，介电常数阶跃变化越大，越容易频繁地出现电磁带隙。

当介电常数变化相近的时候，电磁带隙几乎消失。

文章还进一步计算了二维离子体光子晶体中等离子体参数对带隙的影响。

结果表明随着等离子体频率的升高，带隙特性越发明显，带隙深度增加，宽度也再明显加大。

另外，本文还对三维等离子体光子晶体带隙作了初步的数值仿真。

微波等离子体发射光谱法

微波等离子体发射光谱法
微波等离子体发射光谱法（Microwave Induced Plasma Emission Spectroscopy，MIPES）是一种用于分析元素和化合物的光谱分析技术。

它利用微波能量将气体转变为等离子体，并通过激发和发射原子或离子的特征光谱线来确定样品中的元素成分。

MIPES的工作原理是在一个由微波能量产生的高温等离子体中进行光谱分析。

首先，气体样品被引入到一个微波感应器中，然后通过加热和电离过程将其转变为等离子体。

这个等离子体具有高温和高能量状态，使得其中的原子和离子能够被激发到激发态。

当原子或离子回到基态时，它们会通过发射特定波长的光子来释放能量。

通过收集并分析样品发射出的光谱线，可以确定样品中存在的元素以及其含量。

每个元素都有独特的光谱特征，即其特定的发射频率和强度。

通过与标准样品进行比较，可以准确地确定未知样品中元素的存在和浓度。

MIPES具有许多优点，包括高分析速度、无需昂贵的试剂和设备、对样品准备要求低以及对不同类型的样品具有广泛的适用性。

它在环境监测、食品安全、药物分析等领域得到广泛应用。

总之，微波等离子体发射光谱法是一种快速、灵敏和可靠的光谱分析
技术，可以用于确定样品中元素和化合物的成分。

光子晶体波导光谱学检测原理改进

光子晶体波导光谱学检测原理改进光子晶体波导（Photonic Crystal Waveguide，PCW）是一种具有周期性的折射率分布的光学波导结构。

它由一系列高折射率和低折射率的微结构材料阵列组成，它的周期可以与入射光波长相当，从而形成光子能隙。

光子晶体波导的光谱学检测原理基于光与光子晶体之间的相互作用，因此能够实现高灵敏度的光谱测量。

在传统的光谱学检测中，常使用的方法包括吸收光谱、荧光光谱和拉曼光谱等。

然而，这些方法在样品浓度低、信号弱的情况下存在一定的局限性。

光子晶体波导光谱学检测原理的改进旨在克服这些局限性，提高灵敏度和测量精度。

一种改进光子晶体波导光谱学检测原理的方法是引入表面增强拉曼光谱技术。

通过在光子晶体波导表面引入金属纳米颗粒或纳米结构，可以实现对激发光和样品的增强相互作用。

这种表面增强效应可以增加光波与物质之间的相互作用概率，提高拉曼信号的强度。

同时，由于光子晶体波导的高能隙特性，可以实现高效的过滤和激发光的定向传播，进一步提高了拉曼信号的检测灵敏度。

另一个改进光子晶体波导光谱学检测原理的方法是利用微流控技术结合微型光子晶体波导芯片。

传统光谱学检测往往需要大型仪器设备和复杂的样品制备过程，而微流控芯片和光子晶体波导芯片的结合则可以实现样品的快速输送和分析。

微流控技术可以实现微纳尺度的流体操控，将样品与光子晶体波导的交互过程更加可控和高效，从而提高了光谱检测的自动化和高通量性能。

此外，光子晶体波导光谱学检测原理的改进还可以通过优化光子晶体的结构参数来实现。

光子晶体波导的性能与其设计与制备有密切关系，因此通过调整光子晶体的周期、尺寸和折射率等参数，可以实现对光谱测量的优化。

例如，可以通过改变波导宽度和深度来调节光子晶体的波导模式，从而改变光场与样品的相互作用强度。

在改进光子晶体波导光谱学检测原理的过程中，还需要解决一些问题和挑战。

首先，光子晶体材料的制备和加工技术需要进一步提高，以实现更高的光子晶体质量和稳定性。

渐变折射率

渐变折射率
渐变折射率（Gradient index of refraction）是指在空间中折射率随着位置的变化而变化的现象。

该现象可以通过一些材料的特殊结构或性质来实现。

一种常见的渐变折射率结构是透明材料中的折射率随着距离材料表面的距离而逐渐变化。

这种材料被称为渐变折射率材料（GRIN材料），也被称为自聚焦光纤。

这种材料能够将光束自动聚焦到一个点，因此在光学器件和光纤通信中有广泛的应用。

另一种方式是通过在空间中引入特定的介质结构，使得折射率随着位置均匀地变化。

这种结构被称为光子晶体，它可以实现对光的定向传播和调控。

光子晶体中的渐变折射率可以通过调整晶体的周期性结构来实现，从而实现对光的控制。

渐变折射率在光学器件设计和实现中具有重要的意义，能够实现对光路径和光束的调控，拓展了光学器件的应用范围。

基于倏逝波的光子晶体光纤THz

光子晶体光纤通常由性排列,沿光纤的轴向不变,光纤的纤芯由缺失空气孔或引入一个不同形状的空气孔形成
光子晶体光纤具有许多新颖独特的光传输特性 1.超宽带单模传输 2.色散高度灵活可调 3.大模场面积 4.高双折射效应 5.高非线性
THz波是指频率在0.1-10THz,对应波长在 3mm-30um脚范围内的电磁波，其波段位于微波和红外光之间
• steering-wheel micro-structured optical fiber (SW-MOF)
• novel SW-MOF
谢谢！
当光由折射率为n2的光密介质入射到折射率为n1 的光疏介质的界面上时,当入射角度大于一定角度时就会发生全反射
振幅沿垂直于界面的方向衰减，可以表示为：
对于光纤的导模来说,光在纤芯和包层的界面处发生全反射,它的电磁场主要被集中在光纤的纤芯中并呈驻波形式, 在纤芯外面的包层中,电场的增幅随距离纤芯的距离增大而减小,如果在倏逝场的区域存在吸收型介质,波导模在纤芯和包层的界面的反射系数就会小于1,导模就会发生衰减
三.基于倏逝场激发的表面等离子体共振表面等离子共振 (surface plasma on resonance，SPR)是一种由光入射金属表面引起的量子光电现象，但是表面等离子不能由激光直接照射金属表面产生,可以利用两介电常数相反的界面处发生的全反射产生的倏逝波激发金属表面的自由电子产生表面等离子体，当倏逝波和等离子体的的频率和波失相等时,就会产生等离子体共振，入射光被吸收。
高非线性精选pptthz波是指频率在0110thz对应波长在3mm30um脚范围内的电磁波其波段位于微波和红外光之间精选ppt当光由折射率为n的光疏介质的界面上时当入射角度大于一定角度时就会发生全反射精选ppt振幅沿垂直于界面的方向衰减可以表示对于光纤的导模来说光在纤芯和包层的界面处发生全反射它的电磁场主要被集中在光纤的纤芯中并呈驻波形式在纤芯外面的包层中电场的增幅随距离纤芯的距离增大而减小如果在倏逝场的区域存在吸收型介质波导模在纤芯和包层的界面的反射系数就会小于1导模就会发生衰精选ppt当前利用倏逝场传感的主要的方式有以下几种

等离子体共振的光子晶体光纤折射率传感器模型

等离子体共振的光子晶体光纤折射率传感器
模型
等离子体共振技术近年来得到了广泛应用，主要包括传感器、生物医学等领域。

其中，光子晶体光纤折射率传感器模型，就是其中一种应用。

下面就来一步步地阐述这个模型。

首先，我们需要理解什么是等离子体共振技术。

等离子体是由高能电子与分子撞击而形成的电离气体，通过周期性微结构和光的耦合产生等离子体共振现象。

这种现象使得光子晶体光纤具有强烈的散射和吸收特性，从而可以应用于光纤传感器中。

其次，我们需要了解什么是光子晶体光纤。

光子晶体光纤，是一种先进的光学器件，可以将光限制在芯线产生高品质系数，增强了光与物质相互作用的效率，且在纤芯中集成等离子体共振技术后，能够实现高灵敏度的光纤传感器。

接着，我们可以探讨光子晶体光纤折射率传感器模型的原理。

在传感过程中，通过对传感器内的样品进行照射，可以改变等离子体共振的现象，进而改变光的传播方式，从而使得光在传输中的折射率发生变化，利用折射率的变化，就能够实现对样品中物质浓度、介电常数等参数值的检测。

最后，我们还需要了解如何实现光子晶体光纤折射率传感器模型。

通过在光子晶体光纤的芯线中集成等离子体共振技术，实现敏感层的制备，通过在敏感层上附加待测物作为敏感介质，就能够实现对物质参数的测量。

同时，由于光子晶体光纤具有高耐化学性、抗辐照性和极高的稳定性等优点，可大大提升传感器的使用寿命和稳定性。

综上所述，光子晶体光纤折射率传感器模型，利用等离子体共振技术实现了对样品介电常数等参数值的测量，且在传感器制造中具有优秀的参数调节能力，从而可以广泛应用于传感技术和其他领域。

未来随着技术的进步，相信该模型将会得到进一步的拓展和发展。

激光诱导等离子体光谱法

激光诱导等离子体光谱法【摘要】激光诱导等离子体光谱分析是基于激光与材料相互作用物理学与光谱学的一项新兴物质成分和浓度分析技术，它是采用高功率激光器烧蚀材料产生等离子体，对等离子体辐射的光谱进行成分分析，可用于对固体、液体和气体成分以及浓度的测量。

本文概述了激光诱导等离子光谱法的发展概况、基本原理、基本特性、仪器装置、应用方向和研究进展，并对该光谱法进行了展望。

【关键词】激光诱导等离子体；基本原理；研究进展1.发展概况激光诱导等离子体光谱分析（1aser-indueed plasma spectroscopy，简称LIPS）自1962年被报道以来，已被广泛地应用到多个领域，如钢铁成分在线分析、宇宙探索、环境和废物的监测、文化遗产鉴定、工业过程控制、医药检测、地球化学分析，以及美国NASA的火星探测计划CHEMCAM等，并且开发出了许多基于LIPS技术的小型化在线检测系统。

LIPS发展可以分为三个阶段：第一个阶段是至自1962年提出到70年代中期，主要是在于研发利用光电火花源产生等离子体的仪器。

第二个阶段是从1980年开始，这种技术重新被人们重视，但实际应用仍然受到笨重的仪器阻碍。

第三个阶段是1983年迄今，激光诱导等离子体光谱开始以缩写形式LIPS，开始被商业公司开发应用。

这种趋势导致分析工作更加集中于发展坚固的、移动的仪器。

此时光纤也被应用于LIPS系统中，主要用于将等离子体发射信息和激光脉冲耦合进光谱仪。

[1]近20多年来，LIPS测量技术在各个行业都有不同程度的应用。

通过改进实验LIPS装置来提高测量精度。

到上个世纪90年代中期开始，一些商业公司便开发出便携式半定量的成品仪器，LIPS仪器开始走向经济型商业化，从而更加有力地深入到各行业的应用中。

[2]2.基本原理图1 等离子体演化示意图脉冲激光束经透镜会聚后辐照在固体靶的表面，激光传递给靶材的能量大于热扩散和热辐射带来的能量损失，能量在靶表面聚集，当能量密度超过靶材的电离阈值时，即可在靶材表面形成等离子体，具体表现为强烈的火花，并伴随有响声。

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胞中心处的细等离子体柱、四周的等离子体片、等离子体片交叉点产生的等离子体柱和边缘处的粗等离子柱
具有不同的等离子体状态，不同位置处的晶胞中心细等离子体柱也具有不同的等离子体状态。电子密度由大到小排列依次为：４个角上的细等离子体柱（Ａ）、靠近４个边的细等离子体柱（Ｂ）、靠近中心的细等离子体柱（Ｃ）、边缘处的粗等离子体柱（Ｄ）、等离子体片交叉点产生的等离子体柱（Ｅ）、四周的等离子体片（Ｆ）。分子振动温度的变化规律与电子密度相反。由于该晶体结构中Ａ、Ｂ、Ｃ３处的折射率均不相同，由内向外呈周期性渐变排列，它们和其他位置处不同的等离子体状态构成了具有渐变折射率的等离子体光子晶体。
关键
词：等离子体光子晶体；介质阻挡放电；发射光谱
文献标识码：ＡＤＯＩ：１０．３７８８／ｆｇｘｂ２０１７３８０２．０２３２
中图分类号：０４６１．２；４３０３．４
ＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｎＮｏｖｅｌＧｒａｄｅｄ－ｉｎｄｅｘＰｌａｓｍａＰｈｏｔｏｎｉｃＣｒｙｓｔａｌｂｙＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙＭｅｔｈｏｄ
光谱法研究一种具有渐变折射率的新型等离子体光子晶体
刘伟波，董丽芳
（１．河北大学物理科学与技术学院，河北保定０７１００２；２．滨州学院航空工程学院，山东滨州２５６６０３）
摘要：在双水电极介质阻挡放电装置中，在氩气和空气的混合气体放电过程中通过改变气体压强可以得到
第３８卷
第２期
发光学报
ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＬＵＭＩＮＥＳＣＥＮＣＥ
Ｖｏ１．３８Ｎｏ．２Ｆｅｂ．．２０ｌ７
２０１７年２月
文章编号：１０００－７０３２（２０１７）０２－０２３２ — ０６
ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｂａｒｒｉｅｒｄｉｓｃｈａｒｇｅｕｓｉｎｇｔｗｏｐｌａｎａｒｗａｔｅｒｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ．ＴｈｅＰＰＣｈａｄｃｏｍｐｌｅｘｓｑｕａｒｅｓｙｍｍｅｔ — ｒｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｉｎｐｌａｓｍａｃｏｌｕｍｎｓｉｎｔｈｅｃｅｎｔｅｒｏｆｅａｃｈｓｕｂｌａｔｔｉｃｅ，ｐｌａｓｍａｓｌｉｃｅｓａｒｏｕｎｄｔｈｅｓｕｂｌａｔｔｉｃｅ．ｐｌａｓｍａｃｏｌｕｍｎｓａｔｔｈｅｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎｏｆｐｌａｓｍａｓｌｉｃｅｓ，ａｎｄｔｈｉｃｋｐｌａｓｍａｃｏｌｕｍｎｓｏｎｔｈｅｅｄｇｅ．Ｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｅｍｉｓｓｉｏｎｓｐｅｃｔｕｍｒｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅｐｌａｓｍａｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｆ
一
种新型等离子体光子晶体。该光子晶体具有四边形的复杂对称结构，包括晶胞中心处的细等离子体柱、四
周的等离子体片、等离子体片交叉点产生的等离子体柱和边缘处的粗等离子柱。运用发射光谱法研究了该等离子体光子晶体不同位置处的等离子体状态，通过测量氩原子６９６．５４ｎｍ（２Ｐ，一１Ｓ）发射谱线的展宽对比了电子密度，通过氮分子第二正带系（Ｃ。Ｈ，一Ｂ Ⅱ ）发射谱线计算了分子振动温度。实ｏｎｄｉｎｇＡｕｔｈｏｒ，Ｅ — ｍａｉｌ：ｄｏｎｇｆｌｈｂｕ＠１６３．ｃｏｍ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎｏｖｅｌｐｌａｓｍａｐｈｏｔｏｎｉｃｃｒｙｓｔａｌ（ＰＰＣ）ｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｖａｙｉｒｎｇｇａｓｐｒｅｓｓｕｒｅｉｎＡｒ／ａｉｒ
ＬＩＵＷｅｉ．ｂｏｒ．ＤＯＮＧＬｉ．ｆａｎｇ
（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＰｈｙｓｉｃｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＨｅｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂａｏｄｉｎｇ０７１００２，Ｃｈｉｎａ２．ＣｏｌｌｅｇｅｆＡｏｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＢｉｎｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｉｎｚｈｏｕ２５６６０３，Ｃｈｉｎａ）