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基于双层石墨烯混合波导的可调谐双频段且偏振不敏感的相干完美吸收器
摘要： 悬浮单层石墨烯在可见光和红外波段的吸收率仅约2.3%，这限制了其光电子应用。为显著提升石墨烯的吸收效率，本研究在中红外波段提出了一种可调谐双频带、偏振不敏感的相干完美吸收器（CPA），该结构包含耦合于双层石墨烯波导中的硅阵列?；贔DTD方法，在9611纳米和9924纳米处分别实现了双频带完美吸收峰。此外，由于其中心对称特性，该吸收器还表现出偏振不敏感性。同时，通过改变两束反向入射光之间的相对相位，可全光调制相干吸收峰。进一步地，通过调控两层石墨烯的费米能级，两个相干吸收峰可在宽光谱范围内移动，且所设计的CPA还能从双频带CPA转变为窄带CPA。因此，本研究成果在中红外波段高性能纳米光子器件的开发领域具有潜在应用价值。
关键词： 表面等离子体、石墨烯、吸收
更新于2025-09-12 10:27:22
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具有最佳表面增强拉曼散射因子的人体皮肤组织金纳米星阵列等离子体分析
摘要： 我们分析了基于高密度金纳米星颗粒（GNS）阵列的表面增强拉曼光谱（SERS）基底的性能，该基底组装于金膜上并嵌入人体皮肤组织作为周围介质。采用3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）自组装单层膜（SAM）将GNS固定在金膜上。观察到间隙区域的GNS-金膜耦合、GNS-GNS耦合以及GNS分支间的颗粒间耦合，因此GNS阵列展现出更强的场增强效应，可进一步提升GNS传感器的灵敏度。当基于GNS阵列的SERS基底被785纳米激光激发时，测得最大增强因子（EF）为109。研究表明，归一化增强因子取决于GNS的几何结构、金膜厚度以及GNS核心间距。
关键词： 薄膜、光谱学、生物材料、组织诊断、纳米星、表面等离子体、等离子体激元学
更新于2025-09-12 10:27:22
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利用薄膜等离子体激元波导实现双色近场成像，并精确控制多波长光束
摘要： 我们描述了一种改进的光束控制技术，该技术与波导探针相结合，用于多波长光学近场成像。该光束控制技术可改变伪准直光束的入射角（其光斑直径约10微米），使其能以约0.03°的精度达到任意角度，并将光束位置控制在约0.1微米的精度范围内。这有助于在宽度约10微米的三维微波导上，利用可见光660纳米和近红外850纳米波长共振激发表面等离子体。我们通过成像光学近场并捕捉金微结构中表面等离子体的干涉现象，展示了该系统的运行情况。该系统实现了不同调制频率下光学近场的双色成像，并具有亚微米级的横向空间分辨率。
关键词： 表面等离子体、光束控制、多波长、双色成像、亚微米横向空间分辨率、波导探针
更新于2025-09-12 10:27:22
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双共振等离子体热点-激子耦合增强金/氧化锌杂化多孔纳米海绵的二阶非线性光学效应
摘要： 我们引入了氧化锌（ZnO）功能化的多孔金纳米粒子，由于局域表面等离子体与ZnO激子的高效耦合，这些粒子展现出强烈的二次谐波（SH）发射。这种纳米海绵具有10纳米尺寸配体的随机网络穿孔结构，能在高密度热点区域局域化等离子体。我们采用宽带少周期超快激光探测单个裸金海绵与ZnO功能化海绵的相干非线性发射。虽然杂化粒子的三次谐波光谱相对于裸金海绵发生红移，但其二次谐波光谱却呈现明显蓝移。约390纳米（略低于ZnO带隙）的二次谐波发射强度增强了十倍。我们认为这是双共振等离子体-激子相互作用的结果：激光驱动纳米海绵等离子体热点共振，这种局部增强的电场引发局域ZnO激子的双光子激发。这为通过结合随机无序纳米天线与半导体增益材料来设计高效相干非线性光源开辟了新途径。
关键词： 激子-等离子体耦合、表面等离子体、三次谐波产生、氧化锌、无序纳米天线、等离子体局域化、非线性光学
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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石墨烯-黑磷注入激光异质结构中表面等离激元的负太赫兹电导与放大效应
摘要： 我们提出并评估了一种基于石墨烯层（GL）的异质结构，其通过侧向接触实现电子横向注入，同时借助黑磷层（BL）实现空穴垂直注入（P+-PL-PL-GL异质结构）。由于从磷烯层（PL）注入石墨烯层的空穴能量相对较低（约100 meV，小于石墨烯层中光学声子能量约200 meV），这种空穴注入能有效冷却石墨烯层中的二维电子-空穴等离子体。这简化了带间粒子数反转的实现过程，并使太赫兹（THz）频段内负动态电导的达成成为可能，从而实现对表面等离子体激元模式的放大。后者可引发等离子体激光效应。将等离子体转换为输出辐射的技术可用于新型太赫兹光源的研发。
关键词： 石墨烯、黑磷、太赫兹、注入式激光器、表面等离子体
更新于2025-09-12 10:27:22
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等离子体纳米粒子电子能量损失谱的尺寸依赖性介电函数
摘要： 提出了一种尺寸相关的复介电函数，用于描述尺寸效应对等离子体纳米粒子电子能量损失谱（EELS）介电响应的影响。我们的研究基于实验测量的块体复折射率，并对洛伦兹-德鲁德模型进行修正。通过对比不同尺寸金球形纳米粒子的EELS数值模拟结果，验证并分析了该理论框架。结果表明：对于至少200纳米范围内的金球形纳米粒子，有限尺寸效应不可忽略。此外，结合尺寸相关介电函数的光学消光光谱证实了表面能量损失与体能量损失分别占主导的EELS区域。本研究为纳米尺度等离子体元件的设计提供了适用且通用的理论框架。
关键词： 金属纳米粒子、等离子体学、尺寸依赖的介电函数、表面等离子体、电子能量损失谱（EELS）
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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基于仿表面等离子体的共面波导传感器在介电传感中的应用
摘要： 本文提出了一种基于高度受限的赝表面等离子体激元（SSP）的传感器，用于检测微波和太赫兹（THz）频段的电介质材料。该传感器由主共面波导（CPW）线和分别位于基板顶部与底部的缺陷T型SSP线构成。SSP线中的缺陷产生阻带，从而使传输能量在缺陷位置局域化。通过改变缺陷高度和SSP条带的周期性，可主要调节共振频率及传输能量的局域化程度。采用全波电磁仿真器（CST-MWS）对该传感器在微波和THz频段进行了数值优化与测试。所设计的传感器采用平面几何结构，便于集成至现代射频（RF）和THz频段系统。通过使用多种标准固体和液体样品，在微波频段对传感器原型进行了实验测试。研究发现，由于该SSP传感器具有较高的品质因数（约165）从而实现高分辨率，可轻松区分介电常数相近的测试样品。此外，该紧凑型传感器原型具有足够的灵敏度（2.84%）和小尺寸感测区域，因而有助于检测微量液体样本（微升级别），这通常适用于因体积有限而难以获取的生物样本。
关键词： 介电传感、表面等离子体、共面波导、品质因数
更新于2025-09-11 14:15:04
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2016年欧洲显微镜学大会：会议录 || 横向等离子体场能否通过微分相位对比法显现？
摘要： 表面等离子体激元催生了广泛应用，从分子传感器[1]、新型电路设计[2]到具有特殊光学性质的超材料制备[3]。其中局域表面等离子体激元(LSPs)尤为重要——它们被限制在纳米颗粒表面时，能显著增强纳米结构附近的电磁场。由于LSPs通常局限于纳米尺度，透射电子显微镜(TEM)成为绘制这些电荷振荡的理想工具。目前研究等离子体振荡的主流方法是电子能量损失谱(EELS)，通过测量探针束在不同LSP能量下的能量损失概率来绘制选定共振模式的强度分布。在非相对论近似下，这种能量损失源于激发等离子体共振沿光轴方向的电场分量（原则上还包括垂直于光轴的磁场分量），因此无法获取观测平面（即垂直于光轴方向）的电场信息。而差分相位衬度(DPC)技术[4,5]恰好能研究这一分量——该技术利用电磁场中电子受洛伦兹力偏转的特性：沿光轴的偏转会改变电子动能（反映在EELS中），垂直于光轴的偏转则仅改变电子动量方向（一阶近似下保持动量大小不变），从而引起电子动量分布偏移。透射电子经过纳米结构后，其最终动量分布在TEM衍射平面可被精确测量。通过与无场参考测量对比，透射束位移量与电子轨迹沿线场积分成正比。本研究采用MNPBEM工具箱[6,7]模拟了200×50×50 nm3银纳米棒对电子束的等离子体响应（见图1）?；诒砻娴绾傻缌魇?，我们计算了不同等离子体模式的EELS图谱（图1）及平行于纳米棒方向的平面内偏转（图2）。EELS图谱显示前两个模式（分别具有双峰和三峰结构）的典型激发概率，平面电场分量总体呈现相似分布（但局部极值较不明显）。DPC偏转与电场分布高度吻合，纳米棒中心区域的微小差异可归因于DPC偏转的累积效应及延迟效应。图2中300 keV能量下的DPC偏转绝对值约为0.1微弧度，虽然微小，但采用最新TEM设备配合大相机长度和/或LACBED技术应可测量。此外，降低加速电压等方法可增强偏转效应。本研究表明：结合DPC与EELS技术，利用先进TEM设备完全可能测定等离子体产生的电磁场全部三个分量，这将为理解和设计新型等离子体器件开辟新途径。
关键词： DPC（差分相位对比）、电场、电子能量损失谱（EELS）、表面等离子体
更新于2025-09-11 14:15:04