金属微纳结构中量子点的Purcell效应和荧光发射调制

量子点是重要的纳米尺度光源，在高亮度光源、光通信和量子信息处理等领域具有重要应用前景。有效调控量子点光学特性，如亮度、寿命、方向和偏振等属于目前面临的重大科学挑战。我们通过金属纳米结构-量子点耦合系统，实现了对量子点光学特性的有效调控。 理论研究方面：我们设计多种金属纳米结构，通过研究模式分布、耦合和调控特性，揭示出了金属纳结构与量子点的耦合规律，发现了有效调控量子点特性方法；在样品制备方面，我们成功制备了多种金属纳米结构-量子点的复合结构，这些结构包含丰富模式，可以用来有效调控量子点的光学行为；在光学系统搭建发面，我们实现了多种光学系统，包括荧光强度和寿命三维扫描成像系统和傅里叶成像光学系统等，其中荧光强度和寿命三维扫描成像系统具有同时对荧光强度和寿命三维扫描成像、可编程路径的自动化扫描、灵活控制在每一位置采集数据的时长以及衍射极限的分辨率的突出特性。利用上述光学系统和我们制备的样品，我们在量子点荧光寿命和定向发射方面取得突出成果。在量子点寿命调控方面：我们利用表面等离激元调制量子点双光子荧光特性，发现了行波表面等离激元与局域表面等离激元对量子点调控规律和特点，特别是获得了极短的量子点寿命，仅有12皮秒，比目前报道的最短寿命少两个数量级。在量子点定向辐射方面：研究并实现了具有高度方向性且辐射方向可调的光学行波天线，其辐射瓣的半高宽分别低至37°和22°。该天线的辐射方向可由两种方式调控：改变V形行波天线的折角大小调控该天线的辐射方向，不同的银纳米线折角对应不同的辐射光方向性；以及改变馈入模式实现对辐射方向的调控，该银纳米线支持多种行波模式，通过改变激发光偏振方向角β，可以改变该天线的馈入模式，所对应的辐射方向也不同，从而实现在不改变行波天线物理结构的情况下改变其辐射方向，我们利用该天线实现了对量子点荧光辐射的定向，其定向性等同于天线辐射的定向性。

基于量子点在荧光标记、微纳光源等领域的广泛应用，以及其自身荧光强度弱、发光方向和偏振随机等缺陷，并结合我们前期已有的工作基础，通过理论推导、数值模拟、实验测量等多种途径深入开展研究：设计具有优良特性的新型金属微纳结构，探索各种结构参数对其表面等离子体性质的影响；将金属微纳结构与量子点耦合，对比不同结构参数对其中量子点Purcell效应的影响；观察耦合体系中结构参数对量子点荧光发射角度和方向的调制规律；分析上述规律与结构中表面等离激元特性的内在关联，探索体系中的具体物理机制，为研发超亮准直的微纳光源提供理论指导和依据。

本项目针对基于振动声调制效应的非线性超声检测方法，旨在研究结构微缺陷在随机共振系统下的振动调制超声效应，从而建立利用随机共振增强结构微缺陷振动声调制检测的新原理与新技术。围绕以上目标，我们从非线性结构模型与随机共振理论、结构缺陷超声成像基础、结构微缺陷振动调制超声效应、结构微缺陷振声调制增强检测技术等方面展开研究，取得以下有特色的创新性成果：（1）通过悬臂梁磁铁耦合物理建模研究，创新性提出包括三稳态势阱的多种新型势阱模型，揭示了其增强非线性系统稳定性的动力学机制；（2）在缺陷声源定位和成像方面，通过时频分析和声阵列研究，提高了声源成像的精度和抗干扰能力；（3）利用磁铁耦合结构系统，发现了非共振区振动声调制以及频移振动声调制等新的非线性超声效应，并揭示了其动力学原因；（4）利用双稳结构振动的宽频响应和特殊滞回现象，实现微缺陷的振动声调制增强检测，成功用于微缺陷的定量评估和定位成像。四年来，在《Appl. Phys. Lett.》、《J. Sound Vib.》、《Mech. Syst. Signal Process.》、《Rev. Sci. Instrum.》、《ASME J. Vib. Acoust.》、《Meas. Sci. Technol.》等期刊发表论文25篇（SCI检索24篇），另外发表国际会议论文5篇（EI检索4篇），在Google Scholar被引用近200次，单篇引用最高36次。申请中国发明专利3项，已获授权1项。培养博士学位研究生 4 名、硕士学位研究生4名。项目负责人入选2013年度教育部“新世纪优秀人才”和2016年度中国科学院“青年创新促进会”等人才计划。该项目研究揭示了非线性动力学对结构微缺陷超声检测的促进作用，拓展了传统振动声调制的坏境适应性，能够显著改善结构微缺陷振动声调制检测的抗干扰能力，为工程结构微缺陷的可靠诊断提供了新的原理与方法，具有重要的理论和实践意义。 2100433B

结构微缺陷是工程结构服役的重大安全隐患，内部微缺陷的有效检测对于及时预测结构损伤、保障结构健康服役具有极其重要的意义。非线性超声检测显示了对微缺陷的一定敏感性，但在检测效果上也存在很大的挑战。本项目针对基于振动声调制效应的非线性超声检测方法，致力于研究利用随机共振增强结构微缺陷振动声调制检测的新原理与新技术。研究主要包括三个方面：结合随机共振和振动声调制两种非线性效应探讨随机共振增强结构共振从而增强振动声调制效应的原理；构造一种具有振动双稳态的双稳结构系统，研究宽带振动激励下双稳结构振动声调制的增强效应；系统地研究双稳结构微缺陷振动声调制检测的量化和定位技术。该项研究将揭示非线性效应对结构微缺陷检测的影响，能够显著改善结构微缺陷检测的抗干扰性。本项目的成功实施将构建一种有效的双稳结构微缺陷振动声调制增强检测技术，为工程结构微缺陷的可靠诊断提供新的原理与方法，具有重要的理论和实践意义。

ransmitting frequency derivation of high modulating

当发射机的输入调制频率在3KHz以上时，发射机输出频偏的下降特性。2100433B