An Efficient and Compact Excitation of Surface Plasmons Using a Si Gable Tip
我们提出了一种新的技术，有效地激发表面等离子体激元（SPP）模式在金-玻璃界面利用近场激发工程高折射率（硅）山墙尖在电信波长。该结构理论上可以将49%的输入光功率转换为SPP模式。该装置是紧凑的，它将有助于芯片上的激发的SPP，其制造是兼容的标准硅制造工艺，因此，它预计将是有用的，在未来的集成传感器的设计。
2016-12-06 physics.optics
Photoemission electron microscopy of localized surface plasmons in silver nanostructures at telecommunication wavelengths
我们使用中心波长为1.55微米的飞秒激光脉冲在Ag纳米结构处成像场增强。成像基于在光电发射电子显微镜（PEEM）中观察到的非线性光电发射。将图像直接与相同结构的紫外PEEM和扫描电子显微镜（SEM）成像进行比较。此外，我们已经进行了原子尺度的扫描隧道显微镜（STM）上相同类型的银纳米结构和金基板上。从单个Ag颗粒的光电子光谱测量显示出更大的贡献，从高阶光电子过程以上的功函数阈值比将预测的完全微扰模型，与最近的结果使用较短的波长一致。调查广泛的选择银纳米粒子和纳米线，场增强观察到从30%的银纳米粒子和从没有的纳米线。在PEEM实验和随后的SEM分析中均未观察到纳米结构的激光诱导损伤。通过直接比较相同纳米结构的SEM和PEEM图像，我们可以得出结论，场增强与平均纳米结构尺寸和形状无关。相反，我们建议，在观察到的场增强的变化可能源于衬底和电连接到衬底的粒子之间的楔形界面。
2015-03-06 cond-mat.mes-hall physics.optics
A low-loss fiber accessible plasmon photonic crystal waveguide for planar energy guiding and sensing
描述了一种用于电磁能量传输的金属纳米颗粒等离子体激元波导，其利用色散工程来经由光学薄Si膜上的Au点的二维图案显著增加横向能量约束。使用有限差分时域模拟和耦合模理论，我们表明，从传统的光纤锥相位匹配的倏逝波激发是可能的，效率> 90%的现实几何形状。该波导中的能量损失主要是由于材料吸收，允许在电信频率下激发的1/e能量衰减距离约为2 mm。这个概念可以扩展到可见光区，并有望在光能引导，光学传感和开关中应用。
2003-12-09 physics.optics
Tamm plasmon Photonic Crystals : from Bandgap Engineering to Defect Cavity
首次报道了Tamm等离子体光子晶体的带隙工程--金属层周期性地图案化为亚波长周期晶格的Tamm等离子体结构。通过采用双周期设计，我们在实验上证明了一个完整的光子带隙高达$150\,nm$在电信范围内。此外，这种设计提供了很大的灵活性，以按需且独立地定制从$30\,nm$到$150\,nm$的带隙大小及其在$50\,nm$内的光谱位置。最后，通过在Tamm等离子体光子晶体中引入缺陷腔，实验证明了$1.6μm$的最终腔支持单个高度受限的Tamm模式。所有的实验结果与数值计算完全一致。我们的研究结果表明，工程师与混合金属/电介质结构的表面模式的新的带色散的可能性，从而打开了道路，Tamm等离子体在拓扑光子学，超材料和宇称对称物理的应用。
2018-10-14 physics.optics
Enhanced surface plasmon resonance absorption in metal-dielectric-metal layered microspheres
对介观金属-电介质-金属微球的表面等离子体共振色散关系进行了理论研究。通过分析麦克斯韦方程组的解决方案，我们得到了一个简单的几何条件，该系统具有一个带的表面等离子体模式的谐振频率弱依赖于多极数。使用修改的米氏计算，我们发现，大量的模式属于这个平坦的色散带可以同时激发的平面波，从而提高了吸收截面。我们表明，增强的吸收峰的球体是几何可调的在整个可见光范围内。
2006-01-19 physics.optics
A Novel Metal Nanoparticles- Graphene Nanodisks- Quantum Dots Hybrid-System-Based Spaser
活性纳米等离子体激元最近导致了许多有前途的应用的出现。其中之一是spaser（通过辐射的受激发射的表面等离子体激元放大），其已被证明产生在纳米尺度中强烈局部化的选定表面等离子体激元模式的相干和强场。我们提出了一种新型的纳米激光器，它由金属纳米颗粒-石墨烯纳米盘混合等离子体激元系统作为谐振腔，量子点级联堆作为增益介质。利用有效介质理论推导了脉冲激发下的等离子体激元场。基于密度矩阵方法，通过求解Lindblad量子主方程，得到了相干放大等离子体激元场的超快动力学。后者的强度显著地受金属接触的宽度和用于发射表面等离子体激元的激光脉冲的持续时间的影响。所提出的纳米激光器在中红外区域工作，由于其广泛的生物医学，化学和电信应用而受到广泛关注。
2019-05-23 physics.optics
Experimental measurement of plasmonic nanostructures embedded in silicon waveguide gaps
在这项工作中，我们报告的数值模拟和实验的光学响应的金纳米带嵌入在硅带波导间隙在电信波长。我们发现，在透射和反射时，金属纳米结构插入间隙中观察到的光谱特征是非常不同的自由空间激发中观察到的。首先，我们发现引导场和金属纳米结构的电偶极共振之间的干涉导致高对比度（> 10）的光谱特征，其显示出不对称的Fano光谱轮廓。其次，我们揭示了一个交叉的传输和反射响应接近纳米结构的共振波长作为我们的系统的一个关键特征。这种方法可以使用标准的半导体纳米加工工具来实现，可以充分利用片上配置中亚波长金属纳米结构的极端特性，在生物传感或光学开关等领域具有特殊意义。
2016-04-27 physics.optics
Geometry Dependent Localization of Surface Plasmons on Random Gold Nanoparticle Assemblies
本文研究几何无序金纳米颗粒组装体中局域表面等离激元的杂化行为，揭示其空间与光谱局域化对纳米颗粒厚度的依赖关系及转变机制。
2025-02-05 cond-mat.dis-nn physics.optics
Efficient four-wave mixing at the nanofocus of integrated organic gap plasmon waveguides on silicon
非线性光学，特别是混频，支撑着现代光学技术和量子光学、材料和生命科学以及光通信领域的科学探索。由于非线性效应很弱，有效的频率混合必须在大的相互作用长度上积累，这限制了非线性光子学与电子学的集成，并由于相位匹配的要求而对混合过程产生限制。在这项工作中，我们报告有效的四波混频在微米级的相互作用长度在电信波长。我们在硅上使用集成的等离子体间隙波导，其将光强烈地限制在间隙中的非线性有机聚合物内。我们的方法是如此有效，因为间隙波导通过有效地将其纳米聚焦到几十纳米的模式横截面来增强光，产生如此强烈的非线性响应，以至于有效的四波混频在一微米内累积。这是重要的，因为我们的技术开辟了非线性光学的制度，相位匹配和色散的考虑是放松，从而产生的可能性，紧凑，宽带，和有效的频率混合的平台上，可以集成与硅光子。
2017-06-15 physics.optics
Multiband Hybrid Metasurface for Enhanced Second-Harmonic Generation via Coupled Gap Surface Plasmon Modes
King Abdullah University of Science and Technology (KAUST)（阿卜杜拉国王科技大学）；King Fahd University of Petroleum and Minerals (KFUPM)（法赫德国王石油与矿物大学）
提出一种支持多间隙表面等离子体（GSP）和局域表面等离子体（LSP）模式的多带混合超表面，通过优化几何参数实现近红外和通信波段四个共振，并数值研究二次谐波产生（SHG）响应，在共振波长处由于强电磁场限制增强SH发射。
2026-05-27 physics.optics
Quantum coherence-assisted propagation of surface plasmon polaritons
我们从理论上证明了在由三能级量子发射体（半导体量子点、原子、稀土离子等）组成的量子相干性（phaseonium）介质附近的金属表面上，在通信和可见光波段，表面等离子体激元（SPP）的传输都受到相干控制。嵌入在绝缘体中相干驱动允许我们为无损SPP传播提供足够的增益，并且还降低了泵浦要求。在有损传播的情况下，可以实现传播长度的数量级增强。通过外部相干驱动对SPP传播动力学的光学控制为纳米光子学领域的量子控制带来了希望。
2013-02-04 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Epsilon-Near-Zero Al-Doped ZnO for Ultrafast Switching at Telecom Wavelengths: Outpacing the Traditional Amplitude-Bandwidth Trade-Off
透明导电氧化物由于其低的光学损耗、类金属行为、多功能/可定制的光学性质和既定的制造工艺，最近作为用于纳米光子学的CMOS兼容材料获得了极大的关注。特别是，铝掺杂氧化锌（AZO）是非常有吸引力的，因为它的介电常数可以在近红外和红外的宽范围内设计。然而，尽管有所有这些有益的特征，这些化合物典型的慢（> 100 ps）电子-空穴复合时间仍然代表阻碍超快光学调制的基本限制。报道了第一种ε-近零AZO薄膜，它在1.3 μm远距离波长下，在很低的泵浦能量密度（< 4 mJ/cm ~ 2）下，同时表现出超快的载流子动力学（激发和复合时间低于1 ps）和高达40%的反射率调制。所展示的AZO薄膜的独特性质是低温制造过程促进氧空位和超高载流子浓度的结果。作为概念验证，数值模拟了一种基于AZO的全光等离子体激元调制器，实现了7.5 μm波长的3dB调制，工作在THz频率。我们的研究结果克服了传统的“调制深度与速度”的权衡至少一个数量级，AZO是最有前途的化合物之一，可调/可切换的纳米光子学。
2015-03-26 physics.optics
Modulation of surface plasmon coupling-in by one-dimensional surface corrugation
表面等离子体激元-极化激元在亚波长光学、光产生和非破坏性传感等方面的潜力引起了科学界的新兴趣。由于它们与金属表面的本质结合，它们不能被自由传播的光直接激发，因此光-等离子体激元耦合效率对于任何等离子体激元器件的成功变得至关重要。在这里，我们提出了一个全面的研究调制（增强或抑制），这种耦合效率的一维表面反射。我们的方法是基于简单的波干涉，使我们能够作出定量的预测，已被实验证实在近红外和电信范围。
2008-02-28 cond-mat.other physics.optics
Low-frequency surface plasmon excitations in multicoaxial negative-index metamaterial cables
利用一种简洁的响应函数理论，研究了由负折射率异向介质构成的多同轴圆柱电缆中的表面等离子体激元激发.具有{ \em色散}超材料组件的多同轴电缆表现出相当丰富（且复杂）的等离子体激元谱，其中每个接口支持两种模式：一种TM和另一种TE，用于（贝塞尔函数的整数阶）$m \ne 0$。具有{ \em非色散}超材料组件的电缆具有不同的特性：它们在整个传播矢量范围内不同时支持TM和TE模式。计算出的局部和总的态密度使我们能够证实光谱中模式的空间位置。这里所研究的准一维系统应该被证明是新兴的光电子学和电信系统的里程碑。
2013-06-15 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Wide-angle high-performance photodetector empowered by angle-insensitive Tamm plasmon polariton
Kirensky Institute of Physics, Federal Research Center KSC SB RAS（基连斯基物理研究所，俄罗斯科学院西伯利亚分院克拉斯诺亚尔斯克科学中心）；Siberian Federal University（西伯利亚联邦大学）；School of Physics and Optoelectronic Engineering, Guangdong Polytechnic Normal University（广东技术师范大学物理与光电工程学院）
本文提出了一种通过集成双曲超材料（HMMs）来优化光子晶体（PhC）色散特性，从而实现宽角度高性能光电探测器的方法，核心贡献是利用HMMs实现类型I双曲色散，有效锚定共振在1550nm波长范围内，且在60度入射角下响应率仅下降10%。
2026-05-19 physics.optics
Nanostructured optical waveguide with a highly confined mode
本研究提出一种工作于电信波长的纳米结构传输线，借助等离子体准反对称模式实现比优化硅波导小1.6倍的横截面，损耗适中且可补偿，适用于高密度集成光学系统。
2020-05-01 cond-mat.mes-hall physics.optics
Efficient integrated graphene photonics in the visible and near-IR
石墨烯光子学已经成为提供期望的光学功能的有前途的平台。然而，石墨烯的单层尺度厚度从根本上限制了可用的光物质相互作用，这对集成器件构成了关键的设计挑战，特别是在石墨烯等离子体激元不成立的波长范围内。虽然已经提出了几种等离子体设计来增强这些机制中的石墨烯光相互作用，但它们由于金属吸收而遭受大量的插入损耗。在这里，我们报告了一个非谐振超材料为基础的波导平台，以克服与石墨烯器件相关的设计瓶颈。这种超材料结构即使使用金属也能够实现低插入损耗。通过研究波导色散特性，通过封闭形式的分析，它表明，超材料的方法可以提供优化的光场与石墨烯单层重叠。这使得基于石墨烯的集成组件具有优异的光学性能。具体地，超材料辅助的石墨烯调制器与Si纳米线相比可以提供消光比的5倍改善，同时与等离子体结构相比将插入损耗降低一个数量级。因此，这种波导配置允许人们最大化石墨烯在电信和可见光区域中保持的光学势。
2017-05-10 physics.optics
High-Efficiency All-Dielectric Metasurfaces for Ultra-Compact Beam Manipulation in Transmission Mode
超颖表面是二维光学结构，能够完全控制光的振幅、相位和偏振。与等离子体超颖表面不同，平面硅结构有利于高传输、低损耗以及与现有半导体技术的兼容性。在这里，我们报告了在电信波长的传输模式下具有全2pi相位控制的高效率偏振敏感电介质超颖表面的实验演示。这样的硅超颖表面有望实现一个多功能的光学平台，在芯片上实现全光学电路。
2015-07-25 physics.optics
Tunable plasmons in atomically thin gold nanodisks
高速调制光的能力对于电信、信息处理和医学成像技术至关重要。这刺激了在可见光和近红外频率下掌握光电开关的强烈努力，尽管在集成架构中应对当前计算机速度仍然是一个重大挑战。作为部分成功，最近已经通过门控图案化石墨烯实现了中红外光调制。在这里，我们表明，原子级薄的贵金属纳米岛可以扩展光学调制到可见光和近红外光谱范围。我们发现薄金属纳米盘中的等离子体激元产生与相同直径的球形颗粒相似的吸收截面。使用实际水平的电掺杂，等离子体被移动了大约一半的宽度，从而导致光吸收的两倍变化。这些结果，我们证实了微观量子理论的光学响应，具有巨大的潜力的发展，电子可见光和近红外线调制的可集成，纳米器件。
2014-03-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Focusing Surface Acoustic Waves with a Plasmonic Hypersonic Lens
提出由11个金纳米盘构成的等离子体纳米声学透镜，利用集体振荡干涉形成约340 nm宽、对比度60%的衍射受限表面声束，并经空间解耦泵浦—探测实验验证。
2024-03-12 physics.app-ph physics.optics
Advanced Mid-Infrared Plasmonic Waveguides For On-Chip Integrated Photonics
本研究针对长波红外光子器件小型化需求，将有机聚合物光刻与介质加载表面等离子体激元波导结合，制备出聚乙烯基中红外等离子体波导，验证了其低损耗导波能力，为片上中红外光子器件发展提供支撑。
2023-05-05 physics.app-ph physics.optics
Engineering bound states in the continuum at telecom wavelengths with non-Bravais lattices
在纳米颗粒的周期性阵列中，通过每个颗粒中的局部偶极子的辐射耦合可以诱导各种光学现象。可能最令人印象深刻的例子是连续体中的束缚态（BIC），它们是在光锥内具有色散但具有无限寿命的电磁模式，即，不能泄漏到连续体的模式。对称保护BIC出现在周期系统色散中的高度对称点。虽然在单位晶胞中添加不等价的晶格点是调整对称性的简单且直接的方式，但是这种粒子晶格中的BIC，即，非布拉维晶格，在周期系统中较少探索。从一个周期性的正方形晶格的硅纳米盘，我们已经制备了三个非布拉维晶格的失谐的大小和位置的第二个磁盘的单位电池。衍射诱导耦合激发每个纳米盘中的磁/电偶极子，在$Γ$点处产生两个表面晶格共振，其间具有带隙。%的$\sim$ 41 meV。高/低能量分支分别成为尺寸/位置失谐阵列的BIC，而当尺寸和位置同时失谐时，两个分支都是明亮的（或泄漏的）。介电纳米颗粒中的磁共振和电共振的作用以及BIC到模式的亮特性的变化被解释为失谐阵列中BIC的两种不同起源，这是进一步讨论的辅助下的耦合电和磁偶极子模型。这项研究给出了一种简单的方法，调谐BIC在电信波长的非布拉维晶格，包括等离子体和介电系统，从而可扩展到广泛的频率范围。
2022-04-21 physics.app-ph physics.optics
The effect of Anderson localization on surface plasmon polariton propagation and outward leakage when scattered by a randomly corrugated section of the interface
本研究针对SPP散射传统方法无法同时处理安德森局域化与泄漏的问题，将界面有限几何粗糙区的SPP散射简化为有效随机阻抗的散射问题，计算出辐射方向图并揭示其显著各向异性。
2023-10-09 cond-mat.dis-nn physics.optics
All-Dielectric Silicon/Phase-Change Optical Metasurfaces with Independent and Reconfigurable Control of Resonant Modes
由纳米结构的高折射率材料（通常是Si）阵列组成的全介电超颖表面正在重写在光的操纵方面可以实现的东西。这样的设备支持非常强的磁共振以及电共振，并且没有严重限制其等离子体对应物的性能的欧姆损耗。然而，基于电介质的超颖表面的功能是通过设计固定的，即光学响应通过纳米谐振器的尺寸、布置和索引固定。如果主动/可重构控制是可能的，则可以解决更广泛的应用。我们在这里证明了这一点，通过一个新的混合超颖表面的概念，其中主动控制是通过嵌入深亚波长夹杂物的可调硫属化物相变材料内的高折射率硅纳米圆柱体的身体。此外，通过相变层的战略布局，以及其相态的切换，我们显示了对超表面共振的选择性和主动控制。这产生了新的功能，我们展示了通过一个双到单波段元开关同时在O和C电信频段。
2019-01-15 physics.optics
Transmission anomalies in 2D photonic crystals from the checkerboard family: From broken to hidden symmetries and plasmon "spoofing"
本工作研究了棋盘格家族二维光子晶体中破缺对称性对光学响应的影响，通过模拟透射光谱图发现透射 Babinet 原理在衍射主导频段全面崩溃，并揭示了隐藏对称性及“赝造”等离激元在滤波器应用中的潜力。
2024-03-25 cond-mat.mes-hall physics.optics
