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由真空引导等离子体波相位锁定的高功率边缘兼表面发射太赫兹激光阵列
摘要： 太赫兹半导体量子级联激光器（QCL）通常采用金属腔体结构，这种结构能在长波长下支持低损耗的等离子体光学模式。然而，由于此类腔体的横向尺寸小于波长，其谐振光学模式存在辐射特性不佳的问题。因此，具备大输出功率（>100毫瓦）的单模太赫兹QCL仅能通过提供大面积辐射面的表面发射构型实现。本研究展示了一种增强等离子体激光器辐射耦合的方法，从而实现边发射（端射或纵向）方向的高功率发射。在金属腔体与QCL半导体介质的周围介质中，我们共振激发了真空中传播的单向等离子体波。具有大波前相位锁定的真空导引等离子体波沿纵向耦合多个金属腔体，从而产生包括窄单瓣光束纵向方向在内的多向强辐射。该多腔阵列主要辐射单一光谱模式。实验测得工作于54K斯特林制冷机中的3.3THz QCL，在端射光束方向获得260毫瓦峰值功率输出和303毫瓦/安培的斜率效率。研究同时实现了单模运行及跨越约150GHz带宽的光刻调谐。
关键词： 量子级联激光器、表面发射、等离子体激元、锁相、边发射、太赫兹
更新于2025-09-19 17:13:59
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[IEEE 2019年第18届国际光通信与网络会议(ICOCN) - 中国黄山 (2019.8.5-2019.8.8)] 2019年第18届国际光通信与网络会议(ICOCN) - 基于石墨烯的高调制效率混合等离子体调制器
摘要： 我们提出了一种基于石墨烯的混合等离子体调制器（GHPM），利用了石墨烯的电吸收效应。仿真结果表明，该GHPM的调制效率高达0.417 dB/μm，是近期报道的硅基石墨烯调制器（GOSM）的两倍以上。随后我们制备了GHPM原型器件，测试结果显示该器件可在1530-1570 nm宽波段工作，且在30 μm尺寸下实现了1.08 dB的优化调制效率。最后我们讨论了影响调制效率的关键因素。本研究有望推动片上集成石墨烯等离子体器件的发展。
关键词： 等离子体激元、石墨烯、光调制器
更新于2025-09-16 10:30:52
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[IEEE 2019年第44届国际红外、毫米波及太赫兹波会议(IRMMW-THz) - 法国巴黎 (2019.9.1-2019.9.6)] 2019年第44届国际红外、毫米波及太赫兹波会议(IRMMW-THz) - 周期性石墨烯结构中单向传播太赫兹等离子体的激发与放大
摘要： 研究了在有源石墨烯的周期性结构中，由入射太赫兹波激发的单向传播等离子体模式的放大。传播等离子体模式的放大源于反转石墨烯中的辐射复合。
关键词： 等离子体激元、辐射复合、放大、太赫兹、石墨烯
更新于2025-09-16 10:30:52
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具有卓越析氢电催化性能的等离子体金纳米颗粒修饰Bi2Se3纳米花
摘要： 通过电催化或光电化学途径实现水分解制氢在可再生能源转化领域展现出巨大潜力。本研究成功开发出金纳米颗粒修饰的Bi2Se3纳米花（Au@Bi2Se3 NFs）作为析氢反应（HER）催化剂的等离子体增强型光电纳米催化剂（NCs），在金纳米颗粒局域表面等离子体共振（LSPR）激发下电流强度提升超过3倍，并使10 mA cm?2电流密度下的过电位显著降低至375 mV。该HER增强效应主要源于金纳米颗粒热电子注入引发的Bi2Se3中有效电荷分离及载流子密度增加。同时，作为拓扑绝缘体的Bi2Se3纳米花在边界具有无带隙特性、表面呈现金属特性，为电催化体系中的电子流动提供了通道。本研究开辟了借助光能设计高效能量转化催化水分解系统的新途径，通过等离子体激发可提升HER催化效率。
关键词： 析氢反应，等离子体激元，Bi2Se3，金
更新于2025-09-16 10:30:52
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辅助离子对Ti-Zr三元氮化物薄膜等离子体特性的调控
摘要： 以ZrNx和TiNx薄膜为对照，采用辅助离子轰击法制备了等离子体激元Ti-Zr三元氮化物薄膜。研究了辅助离子能量(Ea)和电流密度(Ja)对Ti-Zr三元氮化物薄膜结构及等离子体激元性能的影响。所有薄膜均呈B1结构，具有(111)和(220)混合取向。较高的Ea会导致氮含量升高而钛含量降低。提高Ja或Ea均可降低等离子体激元共振频率并减少能量损耗。此外，通过调节Ea和Ja可在较大范围内调控薄膜的等离子体激元品质因数。导电性的变化可能是离子束改性等离子体激元特性的主要机制。本研究为调控可见光及近红外波段三元氮化物薄膜的等离子体激元性能提供了有效方法。
关键词： 离子束辅助沉积，三元氮化物，等离子体激元，(钛，锆)氮化物
更新于2025-09-16 10:30:52
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可调谐等离子体氮化铪纳米颗粒及阵列
摘要： 我们展示了可调谐等离子体氮化铪（HfN）纳米颗粒的制备。HfN是一种金属难熔材料，具有在可见光范围内支持等离子体共振的潜力，类似于银和金，但还具有高熔点、化学稳定性和机械硬度等额外优势。然而，HfN纳米颗粒的制备及其等离子体潜力的实验验证仍处于起步阶段。在此，我们制备了高质量的HfN薄膜，椭圆偏振仪显示其具有等离子体潜力。利用这些薄膜，通过聚焦离子束加工出纳米棒和纳米三角形，并通过阴极荧光成像识别了等离子体共振。作为另一种制备策略，采用优化的电子束光刻工艺制备了HfN纳米颗粒阵列，同样表现出明显的表面等离子体共振。这些结果为进一步探索在材料坚固性至关重要的等离子体驱动应用中的HfN纳米颗粒铺平了道路。
关键词： 电子束光刻、等离子体激元、阴极发光、纳米粒子、氮化铪
更新于2025-09-16 10:30:52
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太赫兹等离子体激元的电子-电磁多物理场建模：综述
摘要： 本文综述了太赫兹等离子体应用中电子-电磁多物理场建模的数值与解析方法。我们重点考察了电子输运的半经典理论框架下的方法，因其适用于研究二维电子气系统（常见于高电子迁移率晶体管HEMTs和石墨烯片层）中的等离子体波现象学。在模拟此类电子-等离子体器件时，需建立入射电磁波与器件的耦合模型或器件发射模型，因此需要采用电子-电磁耦合的多物理场多尺度模型。这类建模问题的计算域包含需要求解电动力学方程的大范围区域，故整体计算效率取决于电动力学方程的求解速度。然而，电动力学求解速度受限于最小网格尺寸——该尺寸又由电子输运方程决定。针对这些问题，本文综述了与流体动力学方程耦合的无条件稳定时域有限差分法(FDTD)和迭代交替方向隐式(ADI)-FDTD方法，探讨了基于FDTD、ADI-FDTD及迭代ADI-FDTD的全局建模方法的优势与权衡，并总结了研究结论。
关键词： 电子、数值建模、电子输运、太赫兹（THz）、时域有限差分法（FDTD）、多物理场、等离子体激元、交替方向隐式时域有限差分法（ADI-FDTD）、多尺度建模、流体动力学（HD）、等离子体波、电磁学
更新于2025-09-16 10:30:52
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[IEEE 2019年第24届电磁与声波理论正反问题国际研讨会(DIPED) - 乌克兰利沃夫 (2019.9.12-2019.9.14)] 2019年第24届电磁与声波理论正反问题国际研讨会(DIPED) - 壳层等离子体纳米结构
摘要： 等离子体结构因其能在远小于波长的尺度上呈现特殊性质而备受关注。这类结构在传感器、单分子检测、近场显微镜、增强拉曼光谱等诸多领域具有应用价值。在光学频段，金属表现为具有负介电常数的电介质，其导电性消失并呈现色散和损耗特性。由于等离子体结构作为色散材料具有复杂的频率响应特性，采用频域数值方法模拟电磁过程更为便利。本文提出辅助源法作为仿真数值技术——该电磁场频域数值求解器相比其他数值方法所需计算资源更少。
关键词： 辅助源法、计算物理、数值方法、等离子体激元
更新于2025-09-16 10:30:52
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基于石墨烯-介质多层结构的微波、亚太赫兹及太赫兹波段电控滤波器数学建模
摘要： 本报告致力于研究用于亚太赫兹和太赫兹波段等离子体激元辐射传输的石墨烯超表面，其单元结构由基于石墨烯环和石墨烯纳米带的复合结构组成。该结构能形成由电偶极共振诱导的辐射传输窗口——透明窗口。通过施加外电?。趴兀┑骺厥┗疲ǚ衙啄芗叮?，可在亚太赫兹至太赫兹宽频带范围内动态调节透明窗口的谐振频率，无需重新制备结构。论文探讨了基于不同石墨烯超表面构型构建亚太赫兹/太赫兹波段电控滤波器的可能性，研究了其特性与频率依赖关系，并对"石墨烯-介质"型多层结构滤波器的特性进行了数学建模与电动力学计算。数学模拟结果表明：周期性层状"石墨烯-介质"微结构可用于构建平面型宽带亚太赫兹/太赫兹滤波器，该滤波器可通过电场调控实现快速调谐，且仅需微小改变石墨烯费米能级即可生效。
关键词： 多层结构、滤波器、亚太赫兹、等离子体激元、化学势、电场、石墨烯、超表面、电偶极共振、太赫兹、费米能级
更新于2025-09-16 10:30:52
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原位生成的等离激元银纳米颗粒敏化非晶二氧化钛用于甲醛的超灵敏光电化学传感
摘要： 痕量甲醛会损害人体健康与环境。因此，开发高灵敏度检测传感器具有重要意义。本研究通过硅模板蚀刻及Ag+/Na+离子交换法，构建了掺杂银离子的非晶TiO2空心球光致电化学传感器。该非晶TiO2同时作为银离子载体探针和光电材料。当甲醛浓度升高时，原位生成银纳米颗粒并实现光电流比例放大——这源于等离子体银纳米颗粒向非晶二氧化钛导带注入热电子从而增强光电流。甲醛浓度在1-400 pmol L-1范围内与增强光电流呈线性关系，检测限达0.4 pmol L-1。得益于原位独特的敏化策略，该PEC传感器兼具灵敏度高、选择性好、成本低廉、制备简便、能耗低及稳定性强等优势。
关键词： 等离子体激元、甲醛、银纳米粒子、传感、光电化学
更新于2025-09-16 10:30:52