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通过结构化相变合金Ge2Sb2Te5实现无极子态的主动调控
摘要： 具有独特米氏共振序列的高折射率介电纳米粒子催生出一类具备前所未有的功能性的新型光学天线。丰富的多极响应不仅带来了新的物理认知，更推动了实际应用发展。然而如何实现这种多彩共振调色板的主动调控仍悬而未决。本研究证明结构化相变合金Ge2Sb2Te5（GST）能支持具有主动可调性的多样化多极米氏共振。通过利用GST显著的光学对比度，我们实现了电偶极共振与反偶极态之间宽带（Δλ/λ ~ 15%）的模式偏移。研究还探究了高阶反偶极的主动控制及多模态调控，使结构化GST成为具有高消光对比度（>6 dB）的多光谱光学开关。这些发现为开发主动式纳米光子器件提供了新方向。
关键词： 主动调谐、纳米光子学、相变材料、无极子态、GST（锗锑碲）、米氏共振
更新于2025-09-24 05:34:50
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金属碳纳米管纳米腔作为超紧凑低损耗法布里-珀罗等离子体谐振器
摘要： 等离子体激元谐振器能够实现对光与物质相互作用的深度亚波长调控，在基础物理和潜在技术应用领域均受到广泛研究。虽然已有多种金属纳米结构被提议作为等离子体激元谐振器，但它们在中远红外波段的性能相当有限。最近，研究人员在红外波段观测到金属单壁碳纳米管（SWNTs）中高度局域化且低损耗的Luttinger液体等离子体激元。本研究通过先进的扫描探针光刻技术将金属SWNTs加工成超洁净纳米腔，并利用红外纳米成像技术探究这些独立纳米腔中的等离子体激元模式?；谀┒烁叻瓷渎实牡壤胱犹迥擅撞ǖ嫉腇abry-Perot谐振器模型，可以准确描述模式演化与腔长及激发波长的依赖关系。基于SWNT纳米腔的等离子体激元谐振器接近等离子体激元局域化的极限，为强光-物质耦合机制开辟了新途径，有望推动多种纳米光子学应用的发展。
关键词： 等离子体纳米腔、碳纳米管、纳米光子学、红外纳米成像
更新于2025-09-19 17:13:59
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[2019年IEEE欧洲激光与电光学会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 德国慕尼黑(2019.6.23-2019.6.27)] 2019年欧洲激光与电光学会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 超材料、安培极子与飞碟形波
摘要： 热辅助磁记录（HAMR）技术通过将单个比特区域临时加热至居里温度，实现了硬盘面密度超过1 Tb/in2的数据写入。用于对介质施加纳米级加热的金属光学天线或近场换能器（NFT）可能产生数百摄氏度的自发热。当NFT达到如此极端温度时，现有HAMR技术演示中的写入头寿命比商业产品所需的低数个数量级。因此，NFT的温控至关重要。本文首先推导出NFT/介质温度比的基本极限，为低温运行的NFT设计提供依据；随后采用逆向电磁设计软件，求解出NFT和波导器的非常规几何结构。我们提出的计算生成的NFT馈入波导设计方案，相比典型工业设计可将NFT自发热降低50%（约220°C）。
关键词： 热辅助磁记录、优化、等离子体学、纳米光子学、近场换能器（NFT）、逆问题、热辅助磁记录热效应、计算电磁学、硬盘驱动器、梯度法、管理、伴随方法、光学天线
更新于2025-09-19 17:13:59
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全光学InAsP/InP纳米线开关集成于硅光子晶体中
摘要： 我们报道了在通信波长下，利用集成于硅光子晶体中的亚波长InP/InAsP纳米线成功实现全光开关。本研究采用基于光子晶体中空气沟槽的两种不同混合纳米线腔体。这些混合腔体兼具III-V族材料的功能特性与硅波导的低传输损耗优势。由纳米线诱导的线缺陷光子晶体腔展现出25000的品质因数，高于我们先前演示的混合系统?？厥奔湮?50皮秒，属于目前已报道纳米线开关中最快之列。我们发现开关时间与品质因数呈明显相关性。通过改变泵浦功率的测量估算出开关能量为数百飞焦耳，该数值低于相同泵浦条件下无纳米线及空气沟槽的参考硅光子晶体腔。这表明集成于硅光子晶体中的InP/InAsP纳米线有助于降低开关能耗。
关键词： 全光开关、原子力显微镜操控、纳米光子学、光子晶体、纳米线、光子集成电路
更新于2025-09-19 17:13:59
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基于光热电效应的光电探测器研究进展
摘要： 高性能非制冷长波红外与太赫兹波段光电探测器在军民领域需求迫切。光热电（PTE）探测器通过结合光热转换与热电转换过程，无需制冷单元和外加偏压即可实现超宽带光电探测。过去数十年间，随着新型热电材料的发现与纳米光子学的发展，基于PTE的光电探测器在响应度与响应速度方面取得显著进展。特别是将热载流子输运引入低维材料基PTE探测器后，响应时间成功压缩至皮秒量级。此外，借助表面等离激元、天线效应与声子吸收机制，PTE探测器的响应度亦可大幅提升。除光电探测外，PTE效应还可用于探测自旋电子学与谷电子学中的新奇物理现象。本文综述了PTE探测器的最新研究进展，并提出了进一步提升性能的潜在策略。
关键词： 热电材料、低维材料、光热电效应、光电探测器、纳米光子学
更新于2025-09-19 17:13:59
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[IEEE ESSDERC 2019 - 第49届欧洲固态器件研究会议（ESSDERC） - 波兰克拉科夫（2019.9.23-2019.9.26）] ESSDERC 2019 - 第49届欧洲固态器件研究会议（ESSDERC） - 用于长波红外探测的悬浮天线耦合纳米热电偶阵列
摘要： 热辅助磁记录（HAMR）技术通过将单个比特区域临时加热至居里温度，实现了硬盘面密度超过1 Tb/in2的数据写入。用于向介质施加纳米级加热的金属光学天线或近场换能器（NFT）可能自身发热数百摄氏度。当NFT达到如此极端温度时，HAMR技术的演示显示写入头寿命比商业产品所需的低数个数量级。因此，NFT的加热问题至关重要。本文首先推导出NFT/介质温度比的基本极限，以指导低温运行的NFT设计选择。接着，我们采用逆向电磁设计软件，求解出NFT和波导的意外几何结构。我们提出了计算生成的NFT馈入波导设计方案，与典型工业设计相比，该方案使NFT自发热降低50%（约220°C）。
关键词： 光学天线，伴随方法，计算电磁学，热辅助磁记录，近场换能器（NFT），管理，热学，纳米光子学，等离子体激元学，梯度方法，逆问题，优化，硬盘
更新于2025-09-19 17:13:59
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全介质纳米谐振器用于χ(2)非线性光学
摘要： 无金属纳米光子学利用纳米制造技术的进步，为非线性光学（特别是亚波长米氏型结构）在光学波导和微谐振器领域开辟了新机遇。本文综述了半导体纳米谐振器实现二次谐波产生的最新研究成果，重点分析其散射特性在辐射模式效率与调控方面的表现。首先通过对比两种理论模型探讨分析与设计可能的改进方向；随后报道相关实验研究，阐释χ(2)非线性效应的物理起源，最后概述该领域近期待解决的关键问题及此类纳米结构在新型光子器件开发中的优势。
关键词： 米氏共振、二次谐波产生、AlGaAs纳米谐振器、全介质谐振器、纳米光子学
更新于2025-09-19 17:13:59
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极性晶体上可切换介电薄膜中的类表面极化子s偏振波导模式
摘要： 表面声子极化激元（SPhPs）和表面等离极化激元（SPPs）是负介电常数介质支持的倏逝波模式，构成了纳米光子学的基本单元。这些模式在场增强和空间限制方面具有无与伦比的优势，并可通过相变材料实现动态全光调控。然而平面结构中表面极化激元的激发本质上仅限于p偏振光。相比之下，高介电常数薄膜中的波导模式能与p偏振和s偏振光耦合，且在薄膜中其限制效应可与表面极化激元相当。本文证明薄锗锑碲（Ge3Sb2Te6，GST）薄膜中的s偏振波导模式具有与碳化硅（SiC）衬底SPhP模式相似的色散特性、限制效应和电场增强效果，同时扩展了允许的频率范围。实验进一步表明，通过切换GST薄膜状态可实现SPhP和波导模式色散的非易失性调控。我们建立了描述GST/SiC波导模式的解析模型，并证明该概念适用于整个红外波段多种极性晶体。因此，作为对偏振受限表面极化激元的补充，s偏振波导模式为纳米光子学应用提供了极具前景的新型构建单元。
关键词： 波导模式、红外光谱范围、相变材料、表面等离极化激元、碳化硅、纳米光子学、Ge3Sb2Te6（锗锑碲）、表面声子极化激元、s偏振光
更新于2025-09-19 17:13:59
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混合等离子体光栅传感器的超窄光谱响应
摘要： 我们配置并分析了一种将光栅模式与表面等离子体共振相结合的纳米结构器件。该模型采用有效折射率，综合考虑了相关材料的体积分数以及等离子体在结构中的传播深度。我们的几何结构是由介电纳米三角形构成的低阶衍射光栅拉伸体。表面等离子体共振在金属/介电界面处激发，该界面通过高折射率介电层与分析物隔开。由于具有超窄光谱响应（低于0.1纳米），这种折射率传感器的光学性能在灵敏度和品质因数（FOM）方面极具竞争力。此外，它能在较宽的折射率范围（1.3至1.56）内工作，并且在正入射条件下也能正常运行。
关键词： 等离子体激元学、纳米光子学、光学传感器
更新于2025-09-16 10:30:52
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[2019年欧洲激光与电光学会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 德国慕尼黑（2019.6.23-2019.6.27）] 2019年欧洲激光与电光学会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 将量子点置于三维光子晶体中并实现其定位检索
摘要： 在纳米光子学领域，将量子发射体精确定位于三维（3D）超材料内部是一项重大且尚未实现的目标。众所周知，这种控制能力能够实现对腔量子电动力学、自发与受激发射乃至非线性光学的精细调控。理论预测表明，量子点等发射体的发光特性会在数百纳米尺度上呈现空间变化。因此，挑战在于实现优于Δx < 100纳米的发射体定位精度。我们开发了一套新型化学工具箱，通过在硅纳米结构上制备厚度为数十纳米的聚合物刷层来固定量子点位置。当成功实现三维定位后，随之而来的第二个挑战是如何无损地确定发射体在三维结构中的具体位置。由于纳米光子材料必然具有不透明特性，光学显微镜不仅分辨率有限，其穿透深度也不足；扫描电子显微镜（SEM）虽具备足够空间分辨率，但穿透深度较小，仅能观测样品表面而非内部；X射线技术凭借优异的穿透深度、无损特性及纳米级空间分辨率成为极具前景的研究工具。为此，我们采用X射线荧光断层扫描技术研究了掺杂PbS纳米晶量子点的三维硅光子带隙晶体。该光子晶体采用逆木堆结构，具有宽频且完整的完整三维带隙，通过互补金属氧化物半导体（CMOS）兼容工艺，利用定制掩模进行深度反应离子刻蚀制备而成。我们在欧洲同步辐射装置（ESRF，光束线ID-16NI）进行荧光断层扫描实验：将17 keV能量的X射线聚焦于样品，在晶体旋转0至180°过程中采集17个不同角度的数据，通过标准断层重建技术获得每种化学元素50纳米空间分辨率的三维原子密度分布图。图1(B)展示了一块晶体中量子点铅原子的投影分布图，该立方体区域包含被上覆硅块体及预先刻蚀的二维深孔阵列包围的三维光子晶体结构。重建后的三维体积分析清晰显示出沿Z轴和X轴方向延伸的两组孔道（与图1(A)设计相符），其晶格参数也与设计高度吻合。量子点均匀分布于整个晶体体积内，其位置与聚合物刷层特征元素呈现良好相关性。实验最后发现，经X射线照射后量子点仍保持光学活性。我们得出结论：三维X射线荧光断层扫描技术对解决纳米光子学研究中三维光学超材料的诸多未来问题具有重要潜力，包括腔阵列、物理不可克隆函数，以及作为量子比特的光发射体精确定位与增强照明效率等应用领域。
关键词： 纳米光子学、聚合物刷层、量子点、三维光子晶体、X射线荧光断层扫描
更新于2025-09-16 10:30:52