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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）|| 通过类EIT效应的动态控制实现超材料中电磁波的存储与提取
摘要： 光存储是电磁诱导透明（EIT）效应在原子系统中最具重要意义的应用之一。利用基于耦合谐振器的人造介质（即超材料）也能模拟EIT效应。本章重点研究能像原子EIT系统那样实现电磁波存储与读取的超材料。我们介绍了加载可调电容器的可重构超材料，该材料能动态调控类EIT效应并控制法诺共振特有的非对称光谱。实验表明，在专为微波频段设计的层状超材料中，电磁波可实现相干存储与释放。此外，我们还展示了通过参量放大实现存储波的频率转换及存储时间的延长。
关键词： 法诺共振、电磁波存储、电磁诱导透明（EIT）、参量放大、超材料
更新于2025-09-23 15:21:21
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[Springer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）|| 一种用于分析介电纳米球中法诺共振的全延迟谱技术
摘要： 我们提出了一种表示均匀球体散射电磁场的方法，该方法基于一组与球体介电常数无关的全延迟模式。在此框架下，我们阐述了这些模式的正交特性、共振条件，并将其分类为窄模式和宽模式。我们还讨论了材料特性在决定特定模式共振宽度以及促成或抑制多模式干涉中的作用。利用该理论，我们揭示了球形纳米粒子散射效率中法诺线型的起源，通过识别导致峰谷的干涉模式进行阐释。最终，通过采用所提出的理论方法，我们设计出尺寸与入射波长相当的均匀球体的介电常数，通过定向多模式干涉消除其后向散射。
关键词： 全阻滞模式、法诺共振、电磁散射、介电常数设计、介质纳米球
更新于2025-09-23 15:21:21
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采用平行分裂环的纳米粒子及链结构实现中红外能量收集中的偏振无关法诺共振
摘要： 在光学器件中，入射波的偏振特性会影响纳米粒子的性能表现。因此，在设计光学结构时，开发偏振无关的器件具有重要意义。另一方面，法诺共振与暗模概念已被用于实现更强的能量增强效应。本文通过采用法诺共振原理，研制出一种与入射波偏振无关的对称纳米天线。该纳米天线经改进后适用于中红外波段的生物传感与能量收集应用。所设计的超材料天线由带有刻蚀电容间隙的纳米开口环谐振器构成，这些结构能有效聚焦能量。该纳米天线具有明模与暗模特性，但电场增强效应较弱。通过在0°至45°入射角范围内研究入射波偏振的影响，证实了纳米天线的对称结构能确保偏振无关性。为激发暗模并增强电场，最终结构中引入了纳米链阵列，使电场强度得到显著提升。此外，通过计算品质因数作为评估不同折射率周围材料的优势参数，研究发现链式结构使纳米天线的消光截面线性部分出现峰值，进而产生法诺共振现象，且该共振未影响原本由电容间隙和电感条带调控的共振频率。
关键词： 法诺共振、暗模、可控场增强、等离子体激元
更新于2025-09-23 15:21:21
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基于氮化钛表面等离子体激元与平面波导模式耦合的高灵敏度生物传感器
摘要： 基于氮化钛（TiN）表面等离子体激元与平面波导模式耦合的高灵敏度生物传感器已构建完成；通过检测空气、水和干燥蛋清三种不同介质验证了其性能；所述传感器适用于折射率介于1.0至1.6之间的材料检测，尤其对折射率范围在1.3-1.6的生物相关材料（如含生物素和/或链霉亲和素的物质）具有检测价值。该传感器采用直流磁控溅射技术在D形蓝宝石棱镜平面沉积Nb?O?/SiO?/TiN多层结构制成。针对空气/TiN/棱镜及S/Nb?O?/SiO?/TiN/棱镜结构（S为待测样品或传感介质），采用Kretschmann构型完成了衰减全反射（ATR）实验。TiN/空气界面等离子体的ATR光谱显示，在36°至85°入射角范围内存在半高宽约40°的宽吸收带。对于S/Nb?O?/SiO?/TiN/棱镜结构，ATR光谱在宽等离子体吸收带内呈现与法诺共振相关的尖锐反射峰。法诺共振的角位置和半高宽强烈依赖于传感介质的折射率。通过传输矩阵法对ATR光谱进行拟合分析，同时发现角度灵敏度与品质因数随传感介质折射率的增加而提升。
关键词： 法诺共振、表面等离极化激元、平面波导
更新于2025-09-23 15:21:01
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稳定的类法诺等离子体共振：其对远场与近场光学结合力反转的影响
摘要： 即使粒子间距为100纳米或粒子形状发生微小变化，光学类法诺等离子体共振模式通常也会完全消失。若能在形状独特的纳米粒子中实现超过1微米（对应远电磁场区域）间距的稳定类法诺共振，将具有重大意义。若能实现这种远场类法诺等离子体共振，就能像目前已报道的近场案例那样控制远场结合力的反转。本研究提出了一种实现这种稳健稳定类法诺等离子体共振的光学装置，并系统研究了其对调控近场与远场光结合力反转的显著影响。在该装置中，形状独特的等离子体四聚体半浸没（即空气-苯介质）于非均匀介电界面中，并受圆偏振光照射。我们证明了近场与远场光结合力以及洛伦兹力场存在显著差异（该差异部分取决于物体形状）。研究清晰揭示了远场结合力与共振模式之间的关联，并提出了在远场和近场构型中实现可控类法诺等离子体共振及光结合力反转的通用机制。
关键词： 法诺共振、等离子体、光学结合力、四聚体、洛伦兹力
更新于2025-09-23 15:21:01
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非对称波导中法诺共振现象下的精确零传输
摘要： 我们研究波导中的时谐波问题。在低频条件下仅存在单一传播模式。已知散射矩阵在靠近实轴的复共振点附近实频域内呈现急剧变化，此即所谓的法诺共振现象。当几何结构具有特定对称性时，存在两个不同实频使得反射系数R或透射系数T为零。本研究证明：无需对称性假设，总存在使T=0的实频。这种情况下，无论几何结构如何，入射波导的能量总会发生背向散射。但通常过程并不满足R=0。我们通过数值结果验证了相关定理。
关键词： 波导、散射矩阵、零传输、法诺共振
更新于2025-09-23 15:21:01
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强耦合等分圆盘：一种用于等离子体法诺共振的新型紧凑且可调谐平台
摘要： 等离子体人工分子是实现可见光、红外和太赫兹波段线性与非线性光学调控的理想平台。等离子体人工结构中的法诺共振被广泛用于调控光谱线型和定制近场/远场光学响应。强法诺共振的产生通常依赖于高密度等离子体结构中的强耦合效应，而传统光刻技术难以实现可重复制备，这严重阻碍了强法诺共振新型等离子体纳米结构的探索。本研究提出一类具有对称结构的新型法诺共振等离子体分子——均分圆盘结构，其通过亚辐射反键模式与超辐射成键模式的干涉产生强法诺共振。我们采用自主研发的"描绘剥离"光刻技术，成功制备出具有亚20纳米间隙且高度可重复的均分圆盘结构。实验光谱与计算结果高度吻合，证实该几何构型法诺共振的鲁棒性。控制实验表明：当圆盘分割单元从3个增至8个时，法诺共振强度逐步增强。这种可通过独特工艺可靠制备的法诺共振等离子体分子，为光与物质相互作用调控的人工分子设计开辟了新途径并提供了重要见解。
关键词： 草图剥离光刻技术、人工分子、法诺共振、等离子体耦合、微小间隙
更新于2025-09-23 15:21:01
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控制侧耦合波导-微环谐振器的共振线型
摘要： 侧向耦合波导-微环谐振器（MRR）的共振线型对其片上光子器件性能至关重要。学界已投入大量努力将共振线型改造为非对称法诺轮廓等其他类型，但需集成复杂光子结构才能与波导-MRR协同工作。本研究将波导-MRR中的光传播建模为离散共振模式与连续波导模式的相互作用，提出两态间相位延迟对控制共振线型具有关键作用——可形成对称洛伦兹凹陷、洛伦兹峰及任意非对称因子的法诺线型。我们通过制备总线波导段插入空气孔（该空气孔与MRR耦合且尺寸可调以控制相位延迟）的硅基波导-MRR进行实验验证。该成果不仅能提升MRR基器件性能，更为调控光子晶体腔、微环等其他光学谐振器的共振线型提供了简易策略。
关键词： 微环、共振线型、法诺共振
更新于2025-09-23 15:21:01
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铁氧体加载波导的磁特性表征理论与实验研究
摘要： 本工作提出一种在单紧凑结构中获取铁氧体电磁特性的方法，其比传统测量系统更为简单。被测铁氧体完全插入带有磁偏置的矩形波导中。通过理论分析各向同性-各向异性界面处的模态效应，研究了复散射参数。在散射频谱中观察到异常尖锐的法诺共振，其源于磁化铁氧体内部的多模干涉。理论、实验与全波仿真结果高度吻合。该模型可进一步利用实测散射参数同步反演铁氧体的全部特性（包括介电常数ε、饱和磁化强度4πMs和磁线宽ΔH），从而助力铁氧体器件的设计与应用。
关键词： 铁氧体、散射参数、亚铁磁性、法诺共振、波导
更新于2025-09-23 15:21:01
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基于MIM波导的多通道法诺共振等离子体折射率传感器
摘要： 基于亚波长金属-绝缘体-金属（MIM）波导，提出并分析了一种多通道法诺共振结构。首先，设计两个与特定侧耦合腔相关联的MIM输出端口，分别位于端耦合腔的中心和四分之一位置。由于暗模与亮模之间的干涉，在两个端口分别获得了具有非对称线型的双通道法诺共振。研究了高灵敏度和优值指标。此外，还研究了相位偏移，使得在法诺峰和谷处分别可获得正负群延迟。同样地，在端耦合腔的另一侧设置了两个具有相同谐振腔的额外输出端口。这种情况下，获得了性能可观的四通道法诺共振。该结构通过耦合模理论和时域有限差分法进行分析。相信该器件可用作芯片级折射率传感器和光学滤波器。
关键词： 法诺共振、亚波长MIM波导、折射率传感器。
更新于2025-09-23 15:21:01