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利用混合光学超表面减轻色散效应
摘要: 超表面通过大量亚波长间距纳米结构的散射来调控光的各种特性。虽然超表面似乎是实现和设计微型化器件的理想光子平台,但其色差问题阻碍了该技术在大规模应用中的推广。波长相关的衍射和共振散射效应通?;嵯拗破涔ぷ鞑ǘ?。在折射光学中,色散是个重要难题,通常通过将多个透镜级联成消色差双合透镜、三合透镜等方式来解决。最近虽已提出可见光波段的宽带消色差超透镜,但其通光效率仍有限。本研究利用超表面固有色散特性来校正折射元件的色差,实验验证了具有可见光波段无色散折射特性的混合折射-超表面器件。通过傅里叶平面成像显微系统表征发现,该混合元件在约150纳米可见光波段内基本呈现无色散特性。研究还提出了复合平凸超表面透镜的宽带聚焦方案。这些器件可应用于消费光学、增强现实组件等诸多领域,以及单色性能不足的所有成像应用场景。
关键词: 超表面、纳米光子学、混合光学、色散
更新于2025-09-10 09:29:36
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[IEEE 2018年第20届透明光网络国际会议(ICTON) - 布加勒斯特(2018.7.1-2018.7.5)] 2018年第20届透明光网络国际会议(ICTON) - 飞法拉级光电耦合与低延迟纳米光子计算
摘要: 我们证明,通过使用光子晶体,可将光电探测器、电光调制器等光-电/电-光转换器件的电容降至飞法(fF)量级,从而显著提升能量效率。研究表明,片上高速光接收器无需任何电能即可运行,且通过组合飞法级光电探测器和飞法级电光调制器可实现准全光非线性器件。包含这类飞法级光电器件在内的集成纳米光子技术,将助力实现低延迟光计算的"光通门"逻辑电路。我们展示了包括全加器电路在内的多种新型设计方案,并提出了能实现极低延迟的线性光学逻辑门。
关键词: 光电探测器、纳米光子学、光计算、光晶体管、电光调制器、光子晶体
更新于2025-09-10 09:29:36
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[2018年IEEE国防光子学研究与技术应用会议(RAPID) - 美国佛罗里达州米拉马尔海滩(2018.8.22-2018.8.24)] 2018年IEEE国防光子学研究与技术应用会议(RAPID) - 宽带中红外半导体谐振反射器
摘要: 中红外谐振反射器具有宽带偏振与非偏振响应特性。该器件采用耐用且商用化的红外透明半导体材料制备,可实现坚固耐用且经济高效的光电集成。
关键词: 纳米光子学、光学谐振腔、微镜
更新于2025-09-10 09:29:36
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单晶金刚石薄膜及含锗空位色心的光子谐振腔
摘要: 含有光学活性发射体的单晶金刚石薄膜是集成量子纳米光子学中极具吸引力的组件。本工作展示了含锗空位(GeV)色心的单晶金刚石薄膜自下而上的合成方法。我们采用剥离技术制备薄膜,并在锗源存在条件下进行化学气相沉积以实现原位掺杂。最终证明这些薄膜适用于微盘腔等光子谐振器的构建,其品质因数可达~1500。这种稳健且可扩展的含新兴色心单晶金刚石薄膜制备方法,为芯片上实现金刚石集成量子纳米光子电路提供了可行途径。
关键词: 锗空位,金刚石,微环,纳米光子学,薄膜,腔体
更新于2025-09-10 09:29:36
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精确多极分解及其在纳米光子学中的应用
摘要: 电磁源的多极分解是研究光-物质相互作用(尤其是光学材料)的重要工具。本文综述了电磁源多极分解的最新进展:首先推导了电流密度分布多极矩的精确简洁表达式,随后将该方法推广至内禀自旋导致的磁化电流密度分布多极矩。通过综合考虑电与磁两类源,确立了纯手性源的实现条件。文中提供了便于计算任意阶多极矩的计算脚本。本研究及应用案例聚焦于纳米光子学与超材料领域,并展望了其在这些领域及其他方向的应用前景。
关键词: 光-物质相互作用、纳米光子学、多极矩、光学天线、理论
更新于2025-09-10 09:29:36
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[IEEE 2018年第20届透明光学网络国际会议(ICTON) - 布加勒斯特(2018.7.1-2018.7.5)] 2018年第20届透明光学网络国际会议(ICTON) - 具有体块二次非线性的米氏谐振纳米粒子的二次谐波产生
摘要: 我们研究了由具有体相二次非线性的非中心对称材料制成的介电纳米粒子所产生的共振增强二次谐波(SHG)。通过结合解析与数值方法,分析了AlGaAs与BaTiO3纳米粒子在低阶米氏共振附近受到光激发时所产生二次谐波场的多极特性,重点关注磁偶极共振。我们推导出非线性辐射多极组分的筛选规则,这些规则取决于晶体结构的对称性及入射光的偏振态。所建立的理论框架可为设计具有可重构辐射特性的高效非线性光学纳米天线提供指导。
关键词: 二次谐波产生、非线性散射、纳米光子学、米氏共振、高折射率纳米粒子
更新于2025-09-10 09:29:36
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基于布拉格波长亚波长光栅结构的波长平坦化定向耦合器中红外化学传感器
摘要: 本文报道了一种基于中红外(MIR)波长的紧凑型波长平坦化定向耦合器(WFDC)化学传感器,该传感器集成了亚波长光栅(SWG)结构。通过在定向耦合器(DC)中引入SWG结构,可调控其色散特性以实现宽带工作,这有利于提取中红外传感分析的光谱信息。同时,SWG结构产生的布拉格反射会在布拉格波长处形成尖锐凹陷,该凹陷对分析物存在导致的周围折射率(RI)变化极为敏感,从而能在小尺寸下实现高灵敏度。实验中,在40微米长的WFDC上实现了100%耦合效率时,相比传统定向耦合器工作带宽提升了约五倍。研究团队采用136.8微米长的SWG基WFDC传感器检测乙醇(C2H5OH)中的二氯甲烷(CH2Cl2),通过三维时域有限差分(FDTD)模拟分析传感性能并计算得出灵敏度,同时考察了折射率传感和吸收传感两种模式:折射率传感显示每百分比CH2Cl2浓度变化对应-0.47%的自归一化透射功率变化,吸收传感则实现0.12%的归一化总积分输出功率变化。作为中红外领域首个基于定向耦合器的传感器,本器件通过利用折射率实部和虚部的双重变化,有望实现三元混合物检测,亦可作为光谱传感系统等中红外应用的宽带构建??椤?
关键词: 亚波长光栅、波导耦合器、纳米光子学、光子传感器、中红外
更新于2025-09-10 09:29:36
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非线性纳米光子器件的伴随方法与逆向设计
摘要: 逆向设计的发展——即利用计算优化技术根据特定规格设计器件——催生了许多具有卓越性能的紧凑型非直观结构。在各类方法中,基于梯度的大规模优化技术已成为设计含大量自由度结构的最重要手段之一。这些技术的实现依托伴随方法:仅需两次全场仿真即可计算目标函数相对于所有设计自由度的梯度。但该方法迄今主要应用于线性光子器件。本文将该方法拓展至频域非线性器件建模,将非线性响应直接纳入梯度计算。作为示例,我们运用该方法在克尔非线性材料中设计了紧凑型光子开关,能将低功率与高功率脉冲导向不同方向。该技术有望推动新型紧凑型非线性光子器件的开发。
关键词: 纳米光子学、逆向设计、集成光子学、光开关、非线性光学
更新于2025-09-10 09:29:36
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[2018年IEEE光子学会议(IPC) - 美国弗吉尼亚州雷斯顿(2018.9.30-2018.10.4)] 2018年IEEE光子学会议(IPC) - 腔光力光热传感器
摘要: 我们通过实验展示了一种利用梯度光力驱动的腔光力传感器。该传感器能通过吸收入射辐射及由此产生的纳米机械振荡器光热频率偏移来检测辐射。分析表明,该传感器可实现纳应变灵敏度和飞焦级能量检测。
关键词: 光热效应、应变测量、纳米机电系统、纳米传感器、光波导、纳米光子学
更新于2025-09-09 09:28:46
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[2018年IEEE光子学会议(IPC) - 美国弗吉尼亚州雷斯顿(2018.9.30-2018.10.4)] 2018年IEEE光子学会议(IPC) - 利用光机械天线测量热声辐射
摘要: 我们通过光学手段探测与基底中声辐射强耦合的氮化硅薄膜纳米机械谐振器模式。利用该光力系统,通过检测来自远程热库的热激发的弹道输运来实现温度计量。
关键词: 计量学、温度传感器、光机械学、光子学、热噪声、纳米光子学
更新于2025-09-09 09:28:46