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oe1(光电查) - 科学论文

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  • 等离激元彩色纳米纸：一种针对不受控紫外线暴露所引发威胁的潜在预防性健康防护工具

    摘要： 预防性医疗对阻碍或延缓疾病发作至关重要，更能促进健康高效的生活方式并节约公共卫生资源。本文探究了嵌入纳米纸的银金纳米颗粒等离子体耦合技术如何通过等离子体颜色变化开发潜在预防性医疗工具。我们特别选取紫外线辐射暴露作为可通过等离子体显色纳米纸（PCN）监测的健康威胁。不受控的紫外线辐射不仅会引发表皮损伤，还会导致聚碳酸酯容器中有害物质渗出。基于此，我们设计了以银纳米颗粒紫外光降解为传感机制的UV响应型PCN装置。由于金属纳米颗粒的吸收与散射特性强烈依赖于其尺寸及颗粒间距，最终制成的PCN检测器能通过肉眼可见的等离子体颜色变化（呈现黄/红色调转变）预警潜在的紫外线辐射威胁。纹身式PCN装置的表皮实验证明，该检测器在安全日照剂量下会发生颜色变化。此外，粘贴在聚碳酸酯容器上的PCN检测器经适度日照后同样会出现变色。这种低成本轻量化的纳米光子器件，造就了一种多功能的预防性医疗工具。

    关键词： 智能包装、纳米等离子体学、可穿戴设备、纳米纤维素、纳米光子学

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 深度学习赋能的纳米光子学逆向设计

    摘要： 深度学习已成为人工智能领域解决复杂数据驱动问题的主导方法。该方法最初几乎仅应用于计算机科学领域（如图像分析和自然语言处理），如今已迅速拓展至物理、化学和材料科学等众多科学领域。最近，深度神经网络被引入纳米光子学领域，成为获取任意纳米光子结构拓扑与成分及其相关功能特性之间非线性映射关系的强大工具。本文讨论了深度学习在纳米光子器件逆向设计中的最新研究进展，重点聚焦监督学习、无监督学习和强化学习这三种现有范式。同时探讨了深度学习正向建模（即人工智能如何学习求解麦克斯韦方程组）问题，并对该快速发展的研究领域进行了展望。

    关键词： 正向建模、逆向设计、纳米光子学、人工智能、超材料、机器学习

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 零模波导中Alexa染料间的长程单分子F?rster共振能量转移

    摘要： 在金属薄膜中加工的零模波导（ZMW）纳米孔被提出用于提高福斯特共振能量转移（FRET）效率，实现突破10纳米限制的单分子FRET检测，从而克服均匀介质中衍射极限检测的制约。然而早期ZMW实验仅限于Atto 550-Atto 647N荧光染料对，这引发了对FRET增强现象是否与该特定荧光染料组合相关的质疑。本研究采用Alexa Fluor 546和Alexa Fluor 647，在ZMW内超过10纳米的大供体-受体间距条件下研究单分子FRET。这些Alexa荧光染料在化学结构、表面电荷和疏水性方面与其Atto对应物存在显著差异。我们对Alexa 546-Alexa 647的单分子数据表明，在超过10纳米的大间距下FRET效率仍能增强，扩展了FRET适用的空间范围并验证了先前结论。通过证明ZMW内的FRET增强效应不依赖于特定荧光染料组合，本报告为确立ZMW在扩展FRET灵敏度和检测范围中的重要性提供了关键依据，同时保持了其对常规荧光染料对的适用能力。

    关键词： 单分子、纳米光子学、荧光共振能量转移（FRET）、Alexa Fluor染料、零模波导

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 具有可控腔体形状的纯金属有机框架微激光器

    摘要： 金属有机框架（MOF）是一类新兴的激光材料，但如何可控制备具有特定形貌的晶体纳米结构以调控其光学微腔仍具挑战。本研究基于配位模式调控策略，实现了纯MOF微激光器的形貌工程化构建。通过调节盐酸浓度改变配位模式，选择性制备出一维（1D）微米线与二维微米片。这些具有强光学限域效应的单晶微米线与微米片均作为低阈值MOF微激光器工作。此外，1D与2D MOF微晶截然不同的激光行为证实了典型的形貌依赖性微腔效应：1D微米线表现为法布里-珀罗（FP）谐振器，而2D微米片则形成回音壁模式（WGM）微腔。该研究为开发具有定制功能的MOF基微/纳激光器提供了特殊途径。

    关键词： 金属有机框架、微腔效应、微激光器、纳米光子学

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 胶体CdSe/ZnS量子点在PMMA中的非线性光学特性

    摘要： 制备了不同量子点浓度的PMMA聚合物薄膜中的胶体CdSe/ZnS量子点(QDs)。采用近红外波段纳秒激光脉冲的Z扫描技术，研究了QDs浓度和激发泵浦能量对PMMA包覆CdSe/ZnS量子点非线性光学(NLO)特性的影响。观测到由饱和吸收导致的大有效非线性吸收系数(βeff～?10?13 esu)。发现适当浓度可增强NLO效应。此外还研究了激发能量对三阶非线性光学极化率实部、虚部及非线性折射率n2的影响。这项关于胶体量子点中光-物质相互作用的研究，将有益于光电子学、光调制和光子学等基于NLO的潜在应用。

    关键词： 纳米光子学、半导体胶体量子点、冲击行为、Z扫描技术、非线性光学（NLO）特性

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 集成拉曼激光器：过去二十年的综述

    摘要： 过去二十年间，在光子学、微光子学和纳米光子学领域，基于受激拉曼散射（SRS）的集成激光源已取得重要突破。2005年，首个基于非线性波导的硅基集成拉曼激光器成功研制。这一突破推动了针对微光子结构（如微腔与光子晶体）中集成拉曼源的密集研究。2012年，科研人员首次在硅纳米晶体中测得巨大拉曼增益。基于这一卓越成果，近期已实现结合纳米晶体与微光子结构的若干前景器件。显然，集成拉曼源的发展始终与光子学向纳米尺度的演进趋势同步——从非线性波导起步，经微光子结构过渡，最终迈向纳米光子学。本综述通过梳理纳米光子学发展趋势，系统评述了二十年来基于SRS的集成激光源所面临的挑战、取得的成就及未来展望。相关研究成果揭示了集成微纳拉曼激光器极具前景的发展方向。

    关键词： 非线性波导、激光器、微光子学、纳米光子学、受激拉曼散射、光学微腔、光子晶体、非线性光学、纳米晶体

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 利用由非凡低透射驱动的亚波长喇叭形非成像光聚光器的自由浮动阵列接近雅布洛诺维奇极限

    摘要： 基于亚波长介电结构阵列的超材料最近被证明是实现各类光子器件的可行研究方向。本研究提出一种新方法，通过由亚波长喇叭形非成像聚光器（以下简称"喇叭阵列"）构成的硅表面阵列，实现高效光捕获与太阳辐射的宽带吸收。几何光学中，三维喇叭形非成像聚光器是具有理想聚光比的旋转双曲面。我们采用时域有限差分电磁计算法，研究了垂直入射条件下无限立方密铺无衬底硅喇叭阵列的光学响应。该喇叭阵列的吸收光谱呈现强吸收峰特征，部分峰值接近雅布隆诺维奇极限。增强的光捕获完全归因于阵列米氏模式的高效占据，且我们在近红外波段实现的吸收增强比优化纳米柱阵列高出一个数量级。与优化纳米柱阵列相比（约26%的增强），未优化几何结构的喇叭阵列展现出更优异的太阳辐射宽带吸收性能。喇叭阵列更高的光学吸收源于低透射率，而纳米柱阵列的吸收则由低反射率主导。最后研究表明：喇叭阵列的低反射率由喇叭上部的模态激发控制（反射率对阵列高度的弱依赖性也佐证此点），而透射率则受控于喇叭下部的模态激发。

    关键词： 非成像光聚光器、米氏模式、纳米光子学、太阳辐射的宽带吸收、光捕获

    更新于2025-09-22 12:59:17

  • 来自范德华量子隧穿器件的光

    摘要： 由于原子尺度体积内电学与光学特性的复杂相互作用，对量子隧穿发光现象的理解与控制已困扰研究者四十余年。我们在此提出一种能解耦电子通道与光子通道的器件架构——范德华量子隧穿器件。其电子特性由二维原子晶体堆叠定义，而光学特性则通过外部光子架构调控。在由金、六方氮化硼和石墨烯构成的范德华异质结构中，我们发现非弹性隧穿会导致光子与表面等离极化激元的发射。将这些异质结构与光学纳米立方天线耦合后，我们在窄频带内实现了光子发射速率四个数量级的共振增强。该成果为开发量子隧穿驱动的新一代纳米光子器件开辟了道路。

    关键词： 范德瓦尔斯异质结构、非弹性电子隧穿、纳米光子学、光发射、量子隧穿、光学天线

    更新于2025-09-22 19:50:51

  • 具有银核和J-聚集体染料壳的纳米粒子二聚体中近场电磁耦合效应

    摘要： 我们报道了一项关于等离子体-激子耦合效应影响由金属核与J-聚集体染料壳层构成的双层杂化纳米粒子对吸收光谱的理论研究。研究表明，由于等离子体与有机壳层弗伦克尔激子之间的近场相互作用，会导致等离子体谱线发生频率转换。该效应使得杂化粒子体系的长波部分光谱中出现额外的谱线，这些新增谱线的形状及相对强度精确复现了未包覆金属纳米粒子原始等离子体吸收带谱的特征。这一发现可用于设计基于等离子体-激子效应和近场光学原理的新型高灵敏度纳米传感器。

    关键词： 近场电磁耦合、纳米光子学、弗伦克尔激子、金属有机纳米粒子二聚体、等离子体-激子相互作用、分子J-聚集体、局域等离子体、吸收光谱

    更新于2025-09-23 00:22:15

  • 各向异性流控制与杂化声子极化子的栅极调制

    摘要： 二维光子材料中的光-物质相互作用能够实现亚波长尺度下自由空间辐射的约束与操控。其中由石墨烯（G）和六方氮化硼（hBN）构成的范德瓦尔斯异质结构可提供栅压可调的混合型双曲等离激元声子极化激元（HP3）。本研究展示了沉积于空气-金微结构衬底上的G-hBN中HP3模式的各向异性流动控制及栅压调制。通过结合宽带红外同步辐射与散射式近场光学显微镜，我们在hBN的剩余射线带内激发HP3波，并观测到其在空气-金结面形成的面内异质界面处的定向传播。通过调节石墨烯与金之间的栅压可实现HP3杂化调控——该过程改变了连续态石墨烯等离激元与分立态hBN双曲声子极化激元的耦合，我们将其解释为扩展型法诺模型。这是首次实现对极化激元传播的调控，包括提出打破HP3模式反射/透射对称性的理论方法。本发现增强了对G-hBN及相关双曲超材料纳米结构中极化激元的控制程度，为片上纳米光子通信与计算提供了新见解。

    关键词： 极化激元学、纳米光子学、石墨烯/氮化硼、近场光学、混合极化激元、同步辐射红外

    更新于2025-09-24 04:25:48