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自参考等离子体阵列传感器
摘要： 提出并分析了一种自参考等离子体平台。通过在周期性二维纳米光栅下方引入薄金层，该结构支持多种模式，包括局域表面等离子体共振（LSPR）、表面等离子体共振（SPR）和法布里-珀罗共振。这些模式相互耦合产生多重法诺共振。其中LSPR与SPR响应之间的耦合模式在空间上与传感器表面分离，且对周围材料或表面附着物的折射率变化不敏感，可用于测量自参考。相比之下，当周围介质的折射率改变时，以LSPR为主导的模式会发生波长偏移。该结构采用常规光刻和电子束沉积方法易于制备，实现了429 nm/RIU的体灵敏度。该传感器还能检测光栅顶部纳米级厚度的表面附着物。
关键词： 表面等离子体共振，自参考，纳米光栅
更新于2025-09-23 15:21:01
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基于热纳米压印光刻技术的等离子体纳米光栅用于极性溶剂的折射率传感
摘要： 本工作展示了一种利用金纳米光栅设计柔性等离激元传感器的简便方法。我们提出通过表面等离子体共振（SPR）耦合折射率（RI）传感器来检测极性溶剂的多种已知折射率。采用热纳米压印光刻技术（T-NIL），通过聚二甲基硅氧烷（PDMS）印章将处理过的数字多功能光盘（DVD）的纳米光栅转移至涂覆热塑性聚合物的柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）基底上。随后在聚合物纳米光栅表面沉积60纳米厚的金薄膜，获得金纳米光栅样品。在空气和液体介质中，以白光正入射测量的反射光谱中，金包覆聚合物纳米光栅激发的表面等离子体共振（SPR）模式表现为吸收谷。我们使用折射率校准极性溶剂[甲醇（1.331）、水（1.333）、丙酮（1.359）、乙醇（1.361）和异丙醇（1.382）]测定金纳米光栅阵列的折射率灵敏度，得到体相折射率灵敏度为535±47 nm/RIU。实时动力学响应表明该传感器具有良好的时间稳定性，且传感芯片可多次测量重复使用。因此，我们认为所提出的传感器有望成为开发高灵敏度等离激元器件的潜在候选方案。
关键词： 纳米光栅、表面等离子体共振（SPR）、热纳米压印光刻（T-NIL）、等离子体传感器、极性溶剂
更新于2025-09-23 15:19:57
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基于平面介电硅非对称纳米光栅与J-聚集体染料薄膜耦合的激子极化激元
摘要： 光学腔极化激元源于材料中激子与受限腔场光子的强耦合，近期因其在高速低功耗极化激元器件、低阈值激光等领域的应用而备受关注。然而，基于金属等离子体结构或法布里-珀罗腔的传统激子极化激元存在本征损耗大或难以集成纳米加工的缺陷，极大限制了其应用。为此，我们在平面硅非对称纳米光栅表面覆盖2纳米厚掺杂TDBC的PVA薄膜，构建了一种紧凑型低损耗介质光子-有机纳米结构以揭示激子极化激元模式。研究发现：当改变硅纳米光栅周期时会出现显著的117.16 meV拉比劈裂反交叉色散行为；在保持硅高度、硅纳米线B宽度及单周期内两根硅纳米线间距独立变化时，同样观测到极化激元色散和模式反交叉现象。本研究为低损耗新型极化激元应用提供了实现途径。
关键词： 激子极化激元、介电硅非对称结构、TDBC J-聚集体染料薄膜、纳米光栅
更新于2025-09-16 10:30:52
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通过全息形成的银纳米光栅实现等离激元增强的上转换发光
摘要： 通过将核壳结构上转换纳米棒与银纳米光栅集成，显著增强了上转换发光性能。银纳米光栅与上转换纳米棒均采用简便、经济高效且高通量的方法制备/合成。实验结果表明，通过改变壳层厚度和银纳米光栅周期，可有效调控并增强核壳上转换纳米棒中Er3?的上转换发光强度。该增强效应的物理机制源于周期性银纳米光栅对近红外宽谱吸收的表面等离子体增强效应，以及银纳米晶体的局域表面等离子体共振效应。在980 nm激发下，Er3?离子在523 nm（绿光）、544 nm（绿光）和658 nm（红光）处的最大增强因子分别为3.8倍、5.5倍和4.6倍。本制备方法及结果表明，这种简单集成策略在生物传感/成像及防伪领域具有重要应用潜力。
关键词： 等离激元增强、上转换、核壳纳米棒、纳米光栅、全息合成
更新于2025-09-12 10:27:22
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银纳米光栅对基于等离子体光电探测器中增强光吸收的影响
摘要： 近年来，研究人员对纳米级高速光电探测器的发展表现出广泛兴趣。当前光学通信系统需要这些具备光增强功能、同时兼具高增益和宽带宽的探测器。现有文献采用基于等离子体的金纳米光栅光电探测器以实现高响应度和小型化。然而由于黄金成本高昂，这些器件在其他金属中的应用仍有待探索。本研究设计了一种基于等离子体的银纳米光栅光电探测器，并分析了矩形、梯形、椭圆及抛物线锥形等不同形状结构。相比其他形状，在近红外区域采用矩形沟槽结构实现了73.96%的猝灭因子光吸收增强效果。
关键词： 表面等离子体（SPs）、吸收、纳米光栅、增强效应、等离子体激元、光电探测器、亚波长孔径、有限差分、时域（FDTD）模拟
更新于2025-09-12 10:27:22
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富含铟的InGaN/GaN太阳能电池通过等离子体和介电纳米光栅实现性能提升
摘要： 在本研究中，我们提出了一种富铟InGaN/GaN p-i-n薄膜太阳能电池，其集成了双纳米光栅（NG）结构：电池背面为银纳米光栅（Ag-NGs），正面为氮化镓纳米光栅（GaN-NGs）。有限时域差分（FDTD）模拟结果表明，该双NG结构能将入射阳光耦合至等离子体与光子模式，从而拓宽太阳能电池的光吸收光谱范围。观测显示，相较于无纳米光栅、仅正面纳米光栅或仅背面纳米光栅的电池，采用双纳米光栅结构的电池具有显著增强的光吸收效果。对含双NG结构电池的光吸收分析表明：长波长吸收增强主要源于背面Ag-NGs，短波长吸收增强则主要来自电池正面的GaN-NGs。在AM1.5G太阳光照条件下计算得出，经优化的双NG结构使短路电流密度（Jsc）和光电转换效率（PCE）显著提升——非偏振光（TM与TE平均）下Jsc从17.88 mA/cm2增至23.19 mA/cm2（约30%增幅），PCE从15.49%提升至20.24%（约31%增幅）。此外，斜入射光研究表明，双纳米光栅电池的Jsc显著高于无纳米光栅电池。
关键词： 宽带吸收、FDTD模拟、光捕获、表面等离子体、纳米光栅、氮化铟镓太阳能电池
更新于2025-09-11 14:15:04
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[IEEE 2019年欧洲激光与电光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年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 基于嵌入式纳米光栅的紧凑型飞秒激光直写集成波片
摘要： 飞秒激光直写（FLDW）是一种在玻璃芯片中制备集成光路的成熟快速成型技术。这类光路利用光子态作为量子比特，已用于展示多种量子信息应用。通过单光子传输信息时，通常需要充分利用光子所有可能的自由度以提升单光子信息承载量，其中光子偏振就是重要自由度之一。要利用该自由度，就需要能操控偏振的器件。此前已有研究在FLDW光路中实现了多种光子偏振操控方法，部分已应用于量子信息领域。本研究提出一种利用嵌入式纳米光栅作为波片的新颖偏振控制方法——这些具有高双折射特性的自组装结构因其约Δn=10^-3的较高形态双折射率，可作为紧凑型波片助力集成光路进一步微型化。通过调节刻写过程中的激光参数可改变光栅特性。我们在FLDW波导中集成了多种纳米光栅波片，并采用交叉偏振片双折射测量法验证了其作为不同延迟量和光轴取向波片的功能?；谔囟ㄐ慈爰负谓峁?，可实现对光轴方向的完全控制。这些结构厚度约为数百微米，而传统FLDW光路偏振控制方案所需结构尺寸在毫米至厘米量级，且部分方案存在光轴取向限制。我们的波片既适用于经典应用，也可作为单量子比特门（后续将展示），目前已制备出可作为Hadamard门、泡利-X门、泡利-Z门及π/8门的波片结构，并将探讨其光纤兼容性。
关键词： 集成光路、偏振控制、量子信息应用、波片、纳米光栅、飞秒激光直写
更新于2025-09-11 14:15:04
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基于双纳米光栅结构的等离子体光电探测器光吸收增强
摘要： 这个高速光子系统时代要求光电探测器具备大带宽、高增益和更优的光增强能力。在研究者探索的多种光吸收增强方法中，等离子体激元技术在过去几十年间获得了更多关注。虽然单层等离子体激元支持的金属-半导体-金属光电探测器已被研究用于提高光吸收效率，但文献中缺乏对双层结构的研究。本文展示了工作波长为1.4微米（适用于夜视应用）的双层纳米光栅等离子体激元光电探测器的性能。所提出的双层纳米光栅等离子体激元支持光电探测器设计方案实现了92.14%的猝灭因子，并在60纳米亚波长孔径高度下提供了最高的光增强效果。这归因于上下两层光栅都对光捕获作出了贡献。
关键词： 表面等离子体激元（SPPs）、纳米光栅、纳米材料、等离子体学、亚波长孔径
更新于2025-09-11 14:15:04
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共振钙钛矿纳米光栅的增强型温度可调谐窄带光致发光
摘要： 可调谐发光纳米结构有望用于可重构的紧凑型光电器件。在这方面，卤化物钙钛矿因其卓越的电子和光学性能以及低廉的制备与纳米结构加工成本，成为最高效的材料类别之一。本研究通过增强型光致发光技术，探究了周期性纳米结构钙钛矿（MAPbI3）薄膜中光子模式随温度的可调谐重构。我们在750-760纳米波长范围内实现了约500的品质因数共振。实验结果与理论模拟高度吻合。该研究揭示了此类钙钛矿纳米结构发光增强的起源，并为光电器件实现高方向性、高效且可调谐的窄带发射铺平了道路。
关键词： 光电器件、光致发光、可调谐发光纳米结构、卤化物钙钛矿、纳米光栅
更新于2025-09-04 15:30:14