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介电切伦科夫辐射与石墨烯表面等离激元的量子区域
摘要： 本文提出了一种量子态下的切伦科夫自由电子激光（CFEL）与介质及多层石墨烯波导中激发的表面等离极化激元（SPPs）方案。当相互作用产生的动量展宽小于光子反冲时，即可实现该量子态。这种相互作用特有的离散动量交换会产生极窄的单发射谱线。为确定量子态条件，我们采用量子力学方法推导了切伦科夫效应的增益表达式，其假设有效动量展宽源于有限相互作用长度L（SPPs情况下则为传播长度）。针对CFEL和SPPs两种情形，我们研究了电子束与波导参数对实现量子态可能性的影响。研究表明：当L达到毫米量级时，在低电子束能量（<40 keV）和近红外发射波长范围（<5 μm）内基本可验证该量子态；对于SPPs，通过提高化学势和石墨烯层数还能增强实现量子SPPs的可行性。
关键词： 量子光、表面等离激元极化子、石墨烯、切伦科夫辐射
更新于2025-09-23 15:23:52
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基于波导耦合等腰三角谐振器中可调谐柔性多重法诺共振的超高品质因数纳米传感器
摘要： 报道了一种由金属-绝缘体-金属（MIM）波导中间金属挡板与等腰三角腔耦合构成的简单等离子体结构，可实现三重法诺共振。通过有限元法（FEM）对这些法诺共振进行数值计算，并采用多模干涉耦合模理论（MICMT）和驻波理论分析该现象。一方面，通过调节结构参数可独立调控这三重法诺共振，使高集成光子电路设计更具灵活性；另一方面，该结构具有良好的可塑性，引入环形谐振器即可轻松扩展为五重法诺系统。此外，该结构可作为高效折射率（RI）传感器，具有1200 nm/RIU的高灵敏度和3.0×10?的超高品质因数（FOM）最大值。与其他类似传感器相比，本结构不仅具有良好灵敏度，其FOM最大值更优于其他结构，显著展现了优异的纳米传感性能。
关键词： 多重法诺共振、多模干涉耦合模理论（MICMT）、折射率（RI）传感器、超高品质因数（FOM）、表面等离激元极化子（SPPs）
更新于2025-09-23 15:21:01
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双曲超表面支持的混合TE-TM偏振表面波的实验观测
摘要： 双曲超表面因其卓越的电磁特性在调控传播平面波方面备受关注，但其中被称为双曲等离激元的表面等离极化激元的激发与传播现象直到近期才获得实验观测。然而，下文将讨论的双曲等离激元混合TE-TM偏振等优势特性尚未得到充分揭示与分析。本文重点研究由印制在薄介电基底上的各向异性金属耶路撒冷十字结构组成的双曲超表面，在2至8GHz频段所支持表面波的数值与实验表征。我们展示了对应多种表面波激发与传播机制的不同等频线形态。本研究的主要创新在于首次实验验证了具有混合（即TE-TM复合）偏振的表面波。这类混合偏振表面波在偏振转换器、等离激元传感器、表面等离激元操控、光学力及自旋轨道光子学等诸多应用与现象中具有重要价值，凸显了片上和平面网络技术的潜力。
关键词： 混合TE-TM偏振、双曲超表面、各向异性金属耶路撒冷十字结构、表面等离激元极化子、等频轮廓
更新于2025-09-23 15:21:01
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基于单层互补伽马形石墨烯的宽带可调谐太赫兹超材料吸收器
摘要： 我们提出了一种太赫兹波段宽带可调谐超材料吸收器（MMA）的简易设计方案，该结构由单层互补伽马形石墨烯片和聚二甲基硅氧烷（PDMS）介电基底组成，置于连续金属膜之上。通过施加直流偏置电压可动态调控石墨烯的费米能级（Ef），从而实现对吸收性能的电学灵活控制。当Ef=0.8 eV时，该MMA的相对带宽（即吸收率超过90%的频域范围）可达最大值72.1%。模拟电场分布表明，宽带吸收主要源于互补伽马形石墨烯片表面等离激元极化子（SPPs）的激发。此外，该MMA具有偏振不敏感特性，在宽带频段内对横电波（TE）和横磁波（TM）均具有宽入射角响应。通过改变石墨烯费米能级可有效调节设计的宽带吸收能力。最后，当Ef从0 eV调整至0.8 eV时，吸收率可在42%至99.1%范围内变化，与基于干涉理论的理论计算结果一致。该结构简单且具有灵活的可调性，在可调滤波、调制器、传感及其他多光谱器件领域具有应用前景。
关键词： 石墨烯、表面等离激元极化子、宽带可调谐吸收、太赫兹超材料吸收器
更新于2025-09-23 15:19:57
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克雷奇曼构型中表面等离子体极化激元诱导热载流子实现的电催化甘油氧化
摘要： 等离激元热载流子生成因其将光能转化为电能的能力而备受关注。等离激元激发能量的非辐射衰变过程可通过朗道阻尼产生等离激元诱导的热载流子。局域表面等离激元（LSPs）同时存在辐射和非辐射衰变，而表面等离激元极化子（SPPs）仅通过非辐射衰变耗散。因此，利用表面等离激元极化子高效产生热载流子及其应用仍具挑战性。本研究采用Kretschmann构型金薄膜（激发SPPs的典型平台）构建了热载流子介导的电催化转化模型系统。通过在金薄膜上设计引入AgPt修饰的金纳米双锥体（AuNBPs），形成热点区域以革新基于薄膜的光子-载流子转换效率。评估表明，该SPP诱导热载流子驱动的甘油电氧化反应实现了2.4×10?3%的光子-热载流子转换效率，较纯金薄膜基底的效率提升约2.5倍。
关键词： 电催化甘油氧化、表面等离激元极化子、金纳米双锥体、等离激元热载流子生成、克雷奇曼构型
更新于2025-09-16 10:30:52
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金属-电介质多层结构中耦合模式的法诺近似
摘要： 我们研究了由金属层通过低折射率间隔层与高折射率波导相连构成的金属-介质多层平面结构中耦合模式的响应。该结构支持表面等离子体激元模式与波导模式的激发与耦合。我们建立了耦合模模型来分析场转移过程，并描述模式相互作用导致的法诺共振现象。研究表明，等离子体模式的响应能很好地用法诺函数拟合，从而提取其宽度、高度、灵敏度及场增强特性。
关键词： 耦合模式、金属-介质多层结构、法诺共振、表面等离激元极化子、波导模式
更新于2025-09-12 10:27:22
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HRR耦合MIM波导结构中可调谐的等离子体诱导反射
摘要： 本文设计并数值模拟了一种基于金属-绝缘体-金属（MIM）结构的半环谐振器（HRR）表面等离子体光学波导滤波器。结果表明，通过改变几何参数可动态调节该结构的传输特性。此外，通过调节谐振腔内填充材料的折射率，所设计的波导结构实现了纳米级折射率传感器（灵敏度达753nm/RIU）。通过增设矩形谐振腔还获得了双等离子体诱导反射（PIR）窗口。该设计方案还为光电器件提供了潜在实现途径。
关键词： 类电磁感应透明效应、表面等离激元极化子、金属-绝缘体-金属结构、光子红外探测器、波导谐振腔结构
更新于2025-09-11 14:15:04
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晶界特征研究 || 通过循环热载荷下激光辐射电场强度方向控制金属晶界再结晶演化
摘要： 简要研究了线偏振激光辐射作用下金属表面的空间光栅形成现象。该空间光栅周期可通过普适极化激元模型（UPM）得到良好描述，属于明确定义的物理量。研究发现：当激光功率密度低于金属熔融阈值时，会产生具有功率依赖性特征空间尺度和偏振依赖性取向的新型光栅（准光栅）。实验研究了准光栅形成的规律性，并提出了能解释金属再结晶各向异性特征的准光栅形成物理模型——该各向异性源于定向电子流与晶界的相互作用。这种电子流产生于表面等离子体激元（SPPs）对电子的拖曳效应，而SPPs则由入射激光在包括晶界在内的表面不规则处激发产生。该效应的体等效现象是电动塑性效应，本文亦探讨了其部分规律性。
关键词： 晶界运动、激光辐射、表面等离激元极化子拖曳电子、金属、电塑性效应、表面等离激元极化子、线偏振、各向异性再结晶
更新于2025-09-11 14:15:04
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[施普林格光学科学系列] 光学与微波中的法诺共振 第219卷（物理与应用）|| 金属纳米孔阵列中的多重共振干涉
摘要： 在金属纳米孔阵列中，金属表面的表面等离子体激元与纳米孔内的波导模式相结合形成多极表面等离子体。若这些表面束缚模式出现在狭窄的频率范围内，多个共振之间的干涉会在透射、反射和吸收光谱中产生各种共振峰-谷结构。本章我们运用空间与时域耦合模方法，详细讨论金属纳米孔阵列系统中多重共振干涉机制的理论原理。
关键词： 法诺共振、表面等离激元极化子、金属纳米孔阵列、波导模式、多重共振干涉、类电磁感应透明现象
更新于2025-09-10 09:29:36
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利用克尔效应研究介电体与石墨烯介质界面的表面等离子体极化激元
摘要： 我们从理论上研究了克尔非线性作用下介质与石墨烯界面处表面等离激元极化子（SPP）的调控。通过利用介质中探测光束的可控克尔非线性信号，在介质与石墨烯界面产生SPP。通过控制场和克尔场对SPP的正向/负向吸收特性及色散特性进行调控，发现克尔非线性作用下SPP呈现显著放大（负吸收）效应?？硕窍咝钥筛谋洳⒌骺豐PP的色散正/反常斜率及传播长度，从而导致慢速与快速SPP传播的显著变化。这种可控的慢速与快速SPP传播现象，在纳米光子学、光学镊子、光伏器件、等离子体激元怪兽及传感技术等领域具有重要应用前景。
关键词： 克尔非线性、表面等离激元极化子、石墨烯
更新于2025-09-09 09:28:46