Tuning out disorder-induced localization in nanophotonic cavity arrays
弱耦合高Q纳米光子腔是慢光波导和其他纳米光子器件的构建模块。它们的功能主要取决于调谐，因为谐振频率应保持在设备的带宽内。非均匀无序导致随机频率偏移，这导致光在单腔中的局部化。我们提出了一种新的方法来微调耦合纳米腔系统中的光的单个共振。我们使用全息激光诱导加热，并使用响应矩阵方法解决纳米腔之间的热串扰。作为一个主要的结果，我们观察到的3个纳米光子共振，这是最初分裂的无序同时anticrossing。
2017-04-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Nanophotonic resonance modes with the nanobem toolbox
Nanobem是一个Matlab工具箱，用于求解纳米光子系统的麦克斯韦方程组和计算谐振模式，有时也称为准正常模式或共振态。它是基于Galerkin计划的边界元法，使用Raviart-Thomas形状元素的代表性的切向电磁场在粒子边界。该工具箱是以面向对象的方式编写的，重点是清晰度而不是速度，并且已经开发和测试了数千个边界元素的小型到中型问题。共振模态的计算采用Beyn的围道积分法。
2022-03-07 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph physics.optics
Extending Single Molecule Förster Resonance Energy Transfer (FRET) Range Beyond 10 Nanometers in Zero-Mode Waveguides
单分子Förster共振能量转移（smFRET）被广泛用于在分子水平上监测构象和相互作用动力学。然而，常规的smFRET测量在供体-受体距离超过10 nm时是无效的，阻碍了对更大尺寸的生物分子的研究。在这里，我们表明，零模波导（ZMW）孔径可以用来克服10 nm的障碍smFRET。使用优化的ZMW结构，我们证明了标准商业荧光团之间的smFRET高达13.6 nm的距离，具有显着提高的FRET效率。为了进一步突破经典的FRET范围限制，将ZMW与具有多种受体染料的分子构建体组合，以实现高FRET效率以及高荧光计数率。当我们讨论定量smFRET测量ZMW内的一般准则，该技术可以很容易地应用于监测大分子复合物的构象和相互作用与增强的亮度。
2019-07-08 physics.bio-ph physics.chem-ph physics.optics
Purcell factors and Forster resonance energy transfer in proximity to helical structures
当发射体被放置在金属或晶体结构附近时，自发发射和共振能量转移都可以显著增强。这种增强可以使用电磁格林张量来描述，并且由结构的主导表面模式来确定。在这里，我们使用本征介电常数的形式主义，推导出自发发射和FRET率在准静态制度中的两个组成部分的介质与各向异性夹杂。然后，我们将我们的研究结果应用到螺旋结构，支持同步振动，并评估这些模式，这是与一个强大的和离域的响应的贡献。我们发现，这种贡献可以导致大的Purcell因子和长范围的FRET，它与螺旋螺距振荡。这些发现可能对理解和控制接近螺旋结构（如微管）的分子之间的相互作用有影响。
2022-06-17 physics.bio-ph physics.optics
Functional meta-optics and nanophotonics govern by Mie resonances
亚波长物体对电磁波的散射伴随着电和磁Mie共振的激发，这可以基本上改变散射强度和辐射图案。散射场可以分解为电多极和磁多极，磁多极定义了支撑全介质谐振超光学新领域的结构材料的磁响应。在这里，我们回顾了最近的发展，在元光学和纳米光子学，并证明了米氏共振可以发挥至关重要的作用，提供新的方法，为增强附近的许多光学效应的磁和电多极共振，以及驱动各种干涉现象，管理最近发现的新效应在纳米光子学。我们进一步讨论了全介电超光学的前沿领域，包括非线性纳米光子学，anapole纳米激光器，量子层析成像和拓扑光子学。
2017-10-24 physics.optics
Dyadic Green Function Approach to Multichromophoric Forster Resonance Energy Transfer under Electromagnetic Fluctuations near Metallic Thin Films
近场光谱信息对于确定金属表面附近的福斯特共振能量转移（FRET）速率和距离依赖性至关重要。金属表面附近的高密度倏逝近场模可以强烈地调制多色体系中的FRET。基于先前的广义FRET [A. Poudel，X. Chen和M. Ratner，J. Phys. Chem. Lett. 7（2016）955]，FRET理论被推广用于纳米光子结构的倏逝表面电磁波附近的多发色团聚集体和非平衡情况。建立了倏逝近场存在下多色荧光共振能量转移（MC-FRET）的经典并矢格林函数（DGF）方法。经典的DGF方法提供了发射和吸收光谱耦合和倏逝电磁场之间的相互作用的微观理解。环状结构的MC-FRET在银薄膜附近表现出复杂的距离依赖性。给出了双曲型多层薄膜的解析表达式，金属薄膜引起的广义耦合由金属表面上的散射DGF确定。通过忽略消逝波中的$S$波来分解约化散射DGF，显示了金属薄膜的界面如何调制MC-FRET。
2023-02-13 physics.chem-ph physics.optics
Interband transitions in semi-metals, semiconductors, and topological insulators: A new driving force for plasmonics and nanophotonics
亚波长纳米结构中的等离子体和米氏共振提供了一种有效的方式来操纵低于衍射极限的光，这促进了等离子体和纳米光子学的发展。等离子体共振主要与自由载流子的激发有关，最初在金属中，并且在Si纳米结构中已经识别出Mie共振。值得注意的是，尽管研究得少得多，但p块的半金属、半导体和拓扑绝缘体能够实现没有自由载流子的等离子体共振和具有与Si相比增强的性质的Mie共振。在这篇综述中，我们解释了如何在这些材料的带间跃迁显示在这种二元性的主要作用。我们评估了由相关p-区元素和化合物，特别是Bi制成的纳米结构的等离子体和Mie性能，并讨论了它们在从可切换等离子体和纳米光子学到能量转换，特别是能量转换的应用中的潜力。
2017-04-06 physics.optics
Hybridized exciton-polariton resonances in core-shell nanoparticles
纳米光子学的目标是在衍射极限以下的长度尺度上控制和操纵光。通常，纳米结构金属用于此目的，通过利用这种结构支持的表面等离子体激元来限制光。最近，激子（分子）材料已被确定为纳米光子学的替代候选材料。在这里，我们使用理论模型来探索如何通过适当的纳米结构实现表面激子极化激元的杂化。我们专注于在何种程度上的混合模式的频率可以转移相对于底层材料的共振。
2016-09-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Fundamental figures of merit for engineering Forster resonance energy transfer
在过去的15年里，关于光子环境对福斯特共振能量转移（FRET）的影响一直存在争议。由于对光子环境的增强、抑制和零效应的研究结果不一致，导致传统的FRET理论与实验之间缺乏共识。在这里，我们表明，工程纳米光子环境附近的FRET量子电动力学理论是完全等效的近场模型描述静电偶极-偶极相互作用。这导致了一个直观的和严格精确的描述FRET弥合实验观察和理论解释之间的差距。我们表明，广泛使用的概念的珀塞尔因子是唯一重要的理解自发发射，是一个不正确的数字分析FRET的优点。为此，我们分析了在光子环境中表征FRET的品质因数：（1）FRET速率增强因子（$F_{ET}$），（2）FRET效率增强因子（$F_{eff}$）和（3）两点谱密度（$S_{EE}$）控制FRET类似于控制自发发射的局域态密度。违反直觉的现有知识，我们表明，抑制珀塞尔因子实际上是必要的，以提高效率的FRET过程。我们放置的FRET数字的优点所产生的光子环境中的材料吸收，以及发射器的关键属性，包括固有的量子效率和取向依赖性的基本界限。最后，我们使用我们的方法来最终解释最近的实验和预测制度的FRET率预计将被增强，抑制或保持不变。我们的工作铺平了一个完整的理论与预测能力的设计理想的光子环境控制FRET。
2018-07-17 physics.optics
Long-range Single Molecule Förster Resonance Energy Transfer Between Alexa Dyes in Zero-Mode Waveguides
提出了在金属膜中研磨零模波导（ZMW）纳米孔以提高FRET效率并使单分子FRET检测超过10 nm势垒，克服了在均匀介质中衍射限制检测的限制。然而，早期的ZMW演示仅限于Atto 550 - Atto 647 N荧光团对，询问FRET增强观察是否是与这组特定荧光染料相关的人工产物。在这里，我们使用Alexa Fluor 546和Alexa Fluor 647来研究ZMW内部超过10 nm的大供体-受体分离处的单分子FRET。这些Alexa荧光染料与Atto荧光染料相比具有明显不同的化学结构、表面电荷和疏水性。我们在Alexa 546 - Alexa 647上的单分子数据表明，在超过10 nm的大分离下，FRET效率增强，扩展了FRET可用的空间范围，并证实了早期的结论。通过显示ZMW内部的FRET增强不依赖于荧光染料的集合，该报告是建立ZMW的相关性以扩展FRET的灵敏度和检测范围的重要一步，同时保留其在常规荧光染料对上工作的能力。
2020-04-09 physics.bio-ph physics.optics
Disentangling cathodoluminescence spectra in nanophotonics: particle eigenmodes vs transition radiation
在电子显微镜中进行的阴极发光光谱已被证明是用于分析等离子体和介电纳米结构的近场和远场光学响应的通用工具。然而，在解释共振纳米粒子记录的光谱时，电子碰撞产生的跃迁辐射往往被忽略。在这里，我们表明，实验和理论上，过渡辐射本身可以产生不同的共振，这取决于粒子内的电子束的飞行时间，可以导致建设性或相消干涉的时间。叠加在本征模式的调查结构，这些共振可以扭曲记录的频谱，并导致潜在的错误分配的模态特征的频谱特征。我们开发了一个直观的类比，有助于区分这两种贡献。作为一个例子，我们专注于硅纳米球的情况下，并表明我们的分析有利于明确的解释米氏共振纳米粒子的实验测量。
2022-03-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
Engineering Hybrid Resonances in Nanophotonics
Singapore University of Technology and Design (SUTD)（新加坡科技设计大学）；Quantum Innovation Centre (Q. InC), Agency for Science Technology and Research (A*STAR)（科学技术研究局量子创新中心）；Department of Materials Science and Engineering, National University of Singapore（新加坡国立大学材料科学与工程系）；Department of Electrical and Computer Engineering, National University of Singapore（新加坡国立大学电气与计算机工程系）；Singapore-HUJ Alliance for Research and Enterprise (SHARE), The Smart Grippers for Soft Robotics (SGSR) Programme, Campus for Research Excellence and Technological Enterprise (CREATE)（卓越研究与科技企业园新加坡-希伯来大学科研联盟智能软体机器人夹爪项目）；Graduate School of Artificial Intelligence, Pohang University of Science and Technology (POSTECH)（浦项科技大学人工智能研究生院）；Institute of Materials Research and Engineering (IMRE), Agency for Science, Technology and Research (A*STAR)（科学技术研究局材料研究与工程研究所）；School of Electronic Science and Engineering, Southeast University（东南大学电子科学与工程学院）；Department of Mechanical Engineering, Pohang University of Science and Technology (POSTECH)（浦项科技大学机械工程系）；Department of Chemical Engineering, Pohang University of Science and Technology (POSTECH)（浦项科技大学化学工程系）；Department of Electrical Engineering, Pohang University of Science and Technology (POSTECH)（浦项科技大学电气工程系）；POSCO−POSTECH-RIST Convergence Research Center for Flat Optics and Metaphotonics（浦项-浦项科技大学-RIST平面光学与超光子学交叉研究中心）；Research School of Physics, Australian National University（澳大利亚国立大学物理研究学院）
本文研究了通过结合等离子体共振和介电米氏共振来克服单一系统限制，提升纳米光子学功能和应用的混合共振设计方法，并探讨了其在不同应用领域中的性能。
2026-05-20 physics.optics
Site-selective functionalization of plasmonic nanopores for enhanced fluorescence and Förster Resonance Energy Transfer
在这项工作中，我们使用位点选择性功能化策略来用一种或多种荧光染料装饰等离子体纳米孔。使用一种简单而强大的制造方法，我们设法在具有不同内径的介电纳米管上构建单等离子体环。纳米孔的尺寸的调制允许我们在可见光谱范围内定制它们的场限制和它们的Purcell因子。为了研究几何形状的变化如何影响荧光发射效率，巯基共轭染料锚定在等离子体环上，从而形成功能性纳米孔。我们研究了ATTO 520和ATTO 590在两种不同配置下的寿命：单染料和FRET对。对于单一染料配置，我们观察到两种单一染料的寿命随着纳米孔的尺寸减小而减小。最小的纳米孔产生6的实验Purcell因子。对于FRET对配置，我们测量两个制度。对于大的纳米孔尺寸，FRET效率保持恒定。而对于较小的尺寸，随着纳米孔尺寸的减小，FRET效率从30%增加到45%。这些研究结果也得到了数值模拟的支持，可能会开辟新的途径来设计等离子体纳米孔中的能量转移，在光子学和生物传感中具有潜在的应用，特别是在单分子检测测序中。
2018-11-08 physics.app-ph physics.optics
Multifunctional all-dielectric nano-optical systems using collective multipole Mie resonances: Towards on-chip integrated nanophotonics
我们提出了一种分析的光学响应的一类芯片上集成的纳米光子系统，包括全电介质构建块为基础的多功能光操纵单元（LMU）集成量子点（QD）光源。使用构成单个结构单元LMU的电介质构建块（DBB）的偶极和高阶多极模式的集体Mie共振同时实现多个功能（诸如聚焦激发光、QD发射速率增强、光子引导和无损传播）。使用基于Mie理论的解析公式，我们证明了激发光的增强，同时从与基于DBB的LMU集成的QD发射器发射的光的引导和传播。量子点DBB集成结构可以作为构建经典和量子领域光信息处理纳米光学有源电路的基本元件。
2016-07-29 physics.optics
Near-field Imaging of Optical Resonances in Silicon Metasurfaces Using Photoelectron Microscopy
本文利用PEEM对破缺对称性硅超表面进行偏振分辨近场光谱与成像，结合模拟和远场反射测量揭示阵列边缘集体共振的偏振演化及至少八个谐振器的耦合机制。
2024-06-12 cond-mat.mes-hall physics.optics
Nanophotonic hybridization of narrow atomic cesium resonances and photonic stop gaps of opaline nanostructures
我们研究了一个由窄带原子光学共振和长周期有序的蛋白石光子纳米结构组成的混合系统。为此，我们已经渗透原子铯蒸气在薄二氧化硅蛋白石光子晶体。随着温度的升高，由于二氧化硅的化学还原，蛋白石的反射率峰的频率下移>20%。同时，相对于固定的近红外铯D1跃迁，光子带隙发生了位移。结果，具有高精细度（f/df= 8 E5）的窄原子共振显著地改变形状，从通常的色散形状在停止间隙的蓝色边缘，到反转的色散线形在停止间隙的红色边缘。的线型，振幅，和非共振反射率是很好地模拟与传输矩阵模型，其中包括Cs超精细跃迁和化学还原蛋白石的色散和吸收。光子晶体中的原子系综是一种有趣的混合系统，具有窄的缺陷状共振和强色散，在慢光、传感和光存储方面具有潜在的应用。
2014-09-11 physics.optics
Computation of eigenfrequency sensitivities using Riesz projections for efficient optimization of nanophotonic resonators
共振在物理学中无处不在，对于描述波动现象至关重要。我们提出了一种计算共振本征频率灵敏度的方法。该理论是基于Riesz投影和方法可以应用于计算偏导数的复杂的本征频率的任何共振问题。在这里，该方法是由麦克斯韦方程组。其数值实现基本上依赖于散射问题的直接微分。我们使用一个数值实现来证明的方法相比，使用有限差分微分的性能。该方法被应用于纳米光子谐振器的品质因数的有效优化。
2022-08-10 physics.comp-ph physics.optics
Simultaneous inverse design of materials and parameters of core-shell nanoparticle via deep-learning: Demonstration of dipole resonance engineering
最近引入的基于深度学习技术的数据驱动方法通过允许有效的逆向设计方法彻底改变了纳米光子学领域。本文首次利用神经网络的深度学习实现了核壳纳米粒子材料和结构参数的同时逆设计。开发和训练了一个神经网络来学习电偶极子和磁偶极子的消光光谱与核-壳纳米颗粒设计（包括材料信息和壳厚度）之间的相关性。我们展示了核-壳纳米粒子的深度学习辅助逆向设计，用于1）光谱调谐电偶极子共振，2）寻找光谱隔离的纯磁偶极子共振，以及3）寻找光谱重叠的电偶极子和磁偶极子共振。我们的发现通过允许实际利用深度学习技术进行纳米光子逆向设计，为纳米光子学的快速发展铺平了道路。
2019-04-05 physics.optics
Physically Agnostic Quasinormal Mode Expansion in Time Dispersive Structures:from Mechanical Vibrations to Nanophotonic Resonances
本文提出一种物理无关的色散系统准正规模式展开方法，将六十年前的力学技术推广到光子学，可集成于非线性特征值计算库。
2024-10-04 physics.comp-ph physics.optics
Tunable Nanophotonic Devices and Cavities based on a Two-Dimensional Magnet
本研究利用二维反铁磁半导体 CrSBr 制备光子晶体板，通过外部磁场实现对其光子模式的原位精确调控，获得超过 500 的高 Q 因子及强光物质耦合，为可调谐纳米光子器件设计提供了新范式。
2025-07-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Efficient quantum microwave-to-optical conversion using electro-optic nanophotonic coupled-resonators
我们提出了一种低噪声、三倍频谐振、电光（EO）的量子微波-光转换方案，该方案基于与超导量子比特集成的耦合纳米光子谐振器。我们的光学系统具有分裂共振-双重-具有可调频率分裂，与超导量子比特的微波共振频率相匹配。这与传统方法形成对比，传统方法使用具有与量子比特微波频率相当的自由光谱范围的大型光学谐振器。在我们的系统中，耦合到低频偶极子模式的光泵和谐振微波光子之间的EO混合导致与高频偶极子模式谐振的上转换光子。重要的是，下变频过程，这是噪声源，在我们的方案中被抑制，因为耦合谐振器系统不支持该频率的模式。我们的器件具有比常规器件小至少一个数量级的覆盖区，导致光场和微波场之间的大重叠以及在$\sim$ 5-15 kHz范围内的大光子转换率（$g/2π$）。由于大的$g$因子和我们的设备的双谐振性质，微波-光频率转换可以实现与几十微瓦的范围内的光泵浦功率，即使与中等值的光学$\it{Q}$（$\sim 10^6$）和微波$Q$（$ \sim10^4$）。我们的设备的性能指标，与以前的EO为基础的方法有很大的改进，承诺可扩展的量子微波到光学转换和超导处理器通过光纤通信联网。
2017-11-01 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Foerster resonance energy transfer rate and local density of optical states are uncorrelated in any dielectric nanophotonic medium
出于对Foerster共振能量转移（FRET）的纳米光子控制正在进行的辩论，特别是通过局部光态密度（LDOS），我们研究了一个分析模型系统，其中一对理想的偶极发射体-供体和受体-表现出在附近的理想镜的能量转移。FRET速率由反射镜控制，直到与供体-受体距离相当的距离，即几纳米的范围。对于消失的距离，我们发现一个完全的抑制或四倍的增强，这取决于偶极子的方向。对于波长尺度上的反射镜距离，其中发生自发发射速率的众所周知的“Drexhage”修改，FRET速率是恒定的。因此，在Foerster（或总）能量转移速率和LDOS之间没有相关性。在到反射镜的任何距离处，紧密间隔的供体和受体之间的总能量转移由Foerster转移支配，即，通过静态偶极-偶极相互作用，在均匀介质中产生特征性的逆六次方施主-受主距离依赖性。推广到施体和受体频率重叠范围内具有弱色散和弱吸收的任意非均匀介质，我们得到了两个主要的理论结果。首先，空间依赖的福斯特能量转移速率不依赖于频率，因此不依赖于LDOS。其次，FRET速率被表示为格林函数的虚部的频率积分。这导致了一个近似的FRET率的LDOS集成在一个巨大的带宽从零频率到约10倍的施主发射频率，对应于真空紫外线。即使这样，宽带LDOS也几乎不会对能量传输速率做出贡献。我们讨论的实际后果，包括量子信息处理。
2015-07-22 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph physics.optics
Multipolar nonlinear nanophotonics
非线性纳米光子学是一个快速发展的领域，在非线性纳米天线、光源、纳米激光器、传感器和超快微型元器件的设计中具有许多有用的应用。共振光子纳米结构中局部电磁场的严格限制可以增强非线性光学效应，从而为光的亚波长控制提供了多方面的机会。为了实现所需的功能，必须灵活控制纳米结构的近场和远场特性。因此，模态和多极分析被广泛用于工程非线性散射共振纳米级元件，特别是用于增强近场相互作用，剪裁远场多极干涉，和优化的辐射方向性。在这里，我们回顾了最近出现的研究领域的最新进展，从金属结构表现出局部等离子体共振混合金属介电和全电纳米结构驱动的米氏型多极共振和光致磁响应。
2016-09-07 physics.optics
Singular states of resonant nanophotonic lattices
介绍了纳米光子共振系统中的基本效应及其性质。光谱中出现了与晶格结构和材料组成密切相关的共振亮通道和非共振暗通道。亮态对应于高反射率导模共振（GMR），而暗通道代表连续谱（BIC）中的束缚态。即使在简单的系统中，具有可调带宽的奇异状态也表现为与其他谐振特征分离的孤立谱线。在适度的晶格调制下，存在不可抑制的漏带变形，合并模态带，并导致偏移暗态和反射BIC以及高反射率宽带内的透射BIC。Rytov型有效介质理论（EMT）被证明是一个强大的手段来描述，制定和理解集体GMR/BIC的基本原理在共振光子系统。特别是，丢弃的Rytov非对称场的解析解在这里示出预测暗BIC状态基本上是准确的相当大的调制水平。等效EMT均匀膜的传播常数提供了一个突出的，经常被引用的嵌入BIC本征值的定量评价。最后通过实验验证了关键效应。
2022-10-01 physics.optics
Plasmonic crystals for ultrafast nanophotonics: Optical switching of surface plasmon polaritons
我们证明，表面等离子体激元的色散在周期性穿孔的金膜可以有效地操纵飞秒激光脉冲的波长远离本征共振的金。使用时间和频率分辨的泵浦探测技术，我们观察到移动的等离子体极化激元共振的响应时间从200到800 fs取决于探测光子的能量，通过它，我们获得了全面的洞察电子动力学在金。我们发现，在0.5 mJ/cm ^2的中等泵浦能量密度下，光学光谱中的伍德异常在差分透射和反射中提供了显著的共振，其幅度高达3%。
2011-12-07 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Quantum Nonlinear Optics with a Germanium-Vacancy Color Center in a Nanoscale Diamond Waveguide
我们展示了一个量子纳米光子学平台的基础上锗空位（GeV）的色心在光纤耦合金刚石纳米光子波导。我们表明，GeV的光学跃迁具有高的量子效率，并在这样的纳米光子结构的寿命几乎加宽。这些属性产生波导光子和单个GeV之间的有效接口，而无需使用腔或慢光波导。结果，单个GeV中心在单次通过中在谐振时将波导传输减少$18 \pm 1\%$。我们使用纳米光子干涉仪进行零差探测的GeV共振荧光。通过探测输出光场的光子统计，我们证明了GeV波导系统在单光子水平上是非线性的。
2017-06-01 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Overcoming the bottleneck for quantum computations of complex nanophotonic structures: Purcell and FRET calculations using a rigorous mode hybridization method
结构的光子格林张量的计算是许多光子问题的核心，但是对于非平凡的纳米结构，它通常是一个非常耗时的任务。最近，一个一般的正常模式展开（GENOME）的实施，以构建格林张量的本征介电常数模式。在这里，我们采用基因组研究的纳米粒子簇的响应。为此，我们使用严格的模式杂交理论推导出较早的D。J. Bergman [Phys. Rev. B 19，2359（1979）]，其从孤立组分的模式的唯一知识构建纳米颗粒簇的格林张量。该方法被应用，第一次，一个非平凡的形状（即一对椭圆形的电线）在一个完全电动设置的散射体，并计算的Purcell增强和Förster共振能量转移（FRET）率增强，显示出良好的协议与直接模拟。该过程是通用的，平凡的实现使用标准的电磁软件，并保持任意形状和数量的散射体形成的集群。此外，对于需要格林张量空间变化的应用，它比传统的直接模拟快了几个数量级，有望在量子技术，自由电子光源和传热等领域得到广泛应用。
2019-12-11 physics.comp-ph physics.optics quant-ph
Wafer-Scale All-Dielectric quasi-BIC Metasurfaces: Bridging High-throughput Deep-UV Lithography with Nanophotonic Applications
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）
本文利用深紫外光刻在氮化硅上制造晶圆级准连续体束缚态超表面，通过曝光剂量调控Q因子，实现150的高Q值及129 nm/RIU传感灵敏度，连接半导体制造与纳米光子应用。
2025-10-16 physics.optics
Plasmonic sensors based on funneling light through nanophotonic structures
我们提出了一种折射传感器实现为一堆金属光栅的亚波长功能和嵌入在一个低折射率的电介质。光通过漏斗机制被强烈限制，并激发共振，感测分析物介质。两个终端的结构进行了比较。其中之一具有与分析物接触的电介质，并利用结构的选择性光谱透射。另一种设计具有在金属/分析物界面处产生表面等离子体共振的金属连续层。这两种设计都具有对分析物的折射率变化敏感的窄光谱特征，并且可以用于感测生物医学样品。
2020-01-03 physics.app-ph physics.optics
Tunable plasmon-enhanced second-order optical nonlinearity in transition metal dichalcogenide nanotriangles
发展具有高非线性极化率的纳米材料是非线性纳米光子学的关键。我们发现，过渡金属-二硫属化物（TMD）纳米三角形有一个大的有效的二阶极化率[ $χ^{(2)}$ ]在中红外到近红外频率，由于其破缺的中心对称性。$χ^{(2)}$在考虑耗散和屏蔽的密度矩阵形式中计算。$χ^{(2)}$在双光子共振（由几何结构指定）和等离子体共振（通过载流子密度可调谐）附近具有峰值。对齐的共振产生高达$10^{-6}$ m/V的$χ^{(2)}$的值。这些发现强调了非线性纳米光子学，特别是二次谐波产生的TMD纳米三角形的潜力。
2021-03-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Scalable Transfer-Free Fabrication of MoS$_2$/SiO$_2$ Hybrid Nanophotonic Cavity Arrays with Quality Factors Exceeding 4000
我们报告了一个大阵列的混合二硫化钼（MoS $_2$）-二氧化硅（SiO $_2$）的完全可扩展的制造一维，独立的光子晶体腔能够增强的MoS $_2$光致发光在窄腔共振。通过改变光子晶体的周期性，我们证明了在整个发射带的MoS $_2$的腔谐振波长的连续可调谐性。器件制造开始于使用化学气相沉积（CVD）在硅晶片上的非双折射热氧化物上进行MoS $_2$的衬底规模生长;随后以大于50%的功能器件产率在相同衬底上光刻制造光子晶体纳米腔阵列。我们的腔表现出三个主导模式，测得的线宽小于0.2 nm，对应的品质因数超过4000。所有的实验结果被发现是在良好的协议与有限差分时域模拟。
2017-06-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Thickness Insensitive Nanocavities for 2D Heterostructures using Photonic Molecules
针对二维异质结厚度影响纳米腔谐振频率的问题，提出利用光子分子模式耦合的固有非线性实现厚度不敏感的腔模式，经理论分析与数值模拟验证其鲁棒性，可为相关敏感应用提供支撑。
2023-08-27 cond-mat.mes-hall physics.optics
Optoelectronic Analysis of Spectrally Selective Nanophotonic Metafilm Cell for Thermophotovoltaic Energy Conversion
本工作从理论上探讨了一种基于非对称法布里-珀罗谐振腔结构的光谱选择性TPV电池。由于上下银电极之间的GaSb层内部的电磁场增强的干涉效应，所模拟的纳米光子电池结构的光谱特性在带隙以上表现出高吸收峰，而由于金属的高反射率，子带隙吸收低至百分之几。与独立的结构相比，在低于100 nm的GaSb层中，在带隙以上的特定频率处的吸收增强近20倍。此外，一薄层的MoOx被纳入元膜单元结构作为空穴传输层，以考虑在实践中的电荷收集。通过考虑辐射和非辐射复合（Shockley-Reed-Hall和Auger）的严格的光电分析，预测纳米光子电池在1500 K下实现22.8%的TPV效率和0.62 W/cm 2的输出功率，其中黑色发射器归因于光谱增强的带内吸收和低的子带隙吸收。利用在实践中难以实现的理想选择性发射极以及热稳定性问题，通过消除亚带隙光子，效率可以进一步提高到28%。所提出的光谱选择性纳米光子元膜电池可能是实现高效率和低成本TPV能量转换的可行途径。
2020-10-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Resonant states reveal strong light-matter coupling in nanophotonic cavities
Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）；University of Graz（格拉茨大学）；NAWI Graz（NAWI 格拉茨）；Riga Technical University（里加技术大学）
通过复频率平面追踪共振态轨迹，提出基于共振态框架明确区分弱耦合与强耦合，并推导有效哈密顿量揭示耦合率与频率偏移。
2026-06-18 physics.optics
Plasmonic Antennas as Design Elements for Coherent Ultrafast Nanophotonics
等离子体激元的相干宽带激发将超快光子学带到纳米级。然而，为了充分利用这种超快纳米光子应用的潜力，随意设计和控制等离子体系统的超快响应的能力至关重要。在这里，我们开发了一个框架，系统的控制和测量超快动力学的近场热点。我们展示了飞秒时间尺度下等离子体天线相干响应的确定性设计。利用耦合天线配置的新兴特性，我们使用校准的天线来设计超快等离子体的两个广受欢迎的应用：亚波长分辨率相位整形器和超快热点开关。此外，我们表明，混合本地化共振的有损等离子体激元粒子是纳米级相干控制背后的机制。这种简单，可重复和可扩展的方法有望将超快等离子体转变为一种直接的工具，用于室温量子光学，纳米级固态物理和量子生物学等领域。
2012-11-05 physics.optics
Electrically Reconfigurable Silicon Carbide Nanophotonic Cavities on Thin-Film Lithium Niobate
The 3rd Institute of Physics, University of Stuttgart（斯图加特大学第三物理研究所）
本研究构建了混合纳米光子平台，通过键合SiC纳米腔阵列到LNOI实现电调谐，以补偿腔无序与自旋非均匀性，为大规模集成量子光子学提供可重构自旋-光子接口
2026-08-04 physics.optics quant-ph
Visible Dielectric Metastructure for Generating Ultranarrow-band Perfect Absorption and Bound States in the Continuum
Bilkent University（比尔肯特大学）；Nanyang Technological University（南洋理工大学）
该研究提出并验证了一种介质纳米光子平台，通过集成介质超表面与分布式布拉格反射镜，在可见光波段同时实现超窄带完美吸收与连续谱中束缚态，为高性能超构光学器件提供新路径。
2026-08-28 physics.optics
Multifunctional Barophotonic Control of Resonators and Metasurfaces
University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）
本研究通过压力调控硅氮化物纳米结构实现共振调谐、折射率调制和偏振态转换，展示了首个极端压力可调的偏振转换超材料，为可重构光子学和极端环境纳米光子系统提供新平台。
2026-05-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Design and Characterization of Plasmonic Doppler Grating for Azimuthal Angle-resolved Surface Plasmon Resonances
我们提出了二维等离子体多普勒光栅（PDG）的宽带方位角分辨纳米光子应用。PDG由一组非同心圆环组成，其模仿表现出多普勒效应的移动点源的波前，从而为光子-等离子体激元耦合提供连续的方位角依赖的晶格动量。工作频率窗口的中心和跨度完全可设计，以实现特定应用中的最佳性能。我们详细介绍了PDG的设计，制作和光学特性。多普勒光栅的设计为面内角分辨纳米光子学的应用提供了一个通用平台。
2019-04-17 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.ins-det
Layer-Resolved Resonance Intensity of Evanescent Polariton Modes in Anisotropic Multilayers
本文提出一种基于传输矩阵和坡印廷矢量的方法，用于计算任意各向异性多层膜中逐层分辨的极化激元共振强度，并在扭转MoO₃双层等系统中验证了其对强耦合和可调谐双曲表面声子极化激元的分析能力。
2022-09-02 physics.optics
Enhanced Excitation and Emission from 2D Transition Metal Dichalcogenides with All-Dielectric Nanoantennas
最近出现的基于高折射率介电纳米颗粒中的光学米氏共振的全介电纳米光子学的概念已经被证明是一种有前途的途径，以促进纳米尺度下的光-物质相互作用。在这项工作中，我们讨论了介电纳米谐振器与二维过渡金属二硫属化物（二维TMDC）的相互作用，导致弱耦合和强耦合制度的机会。我们进行了全面的分析明亮的激子光致发光（PL）增强从各种二维TMDC，包括WS 2，MoS 2，WSe 2，和MoSe 2通过它们的耦合到硅纳米粒子的米氏共振。对于每一种情况下，我们找到相应的最大PL增强考虑到激发速率，珀塞尔因子，和辐射效率的系统参数。我们数值证明，全介质硅纳米天线可以显着提高PL强度从二维TMDC的一个因素，通过精确的几何和材料参数的优化。我们的研究结果可能是有用的高效率的二维TMDC为基础的光电，纳米光子和量子光学器件。
2018-10-15 physics.optics
Overcoming Thermo-Optical Dynamics in Broadband Nanophotonic Sensing
集成光子学的进步为使用高品质因数纳米光子腔实现超高灵敏度和带宽的批量制造光学传感器打开了令人兴奋的机会。灵敏度随着光功率的提高而提高，然而，微米级模体积内的局部吸收和加热显著地使腔谐振失真，并且将传感器响应强烈地耦合到热动力学，从而限制了灵敏度并阻碍了宽带时间相关信号的测量。在这里，我们推导出一个频率相关的光子传感器的传递函数，占热光动力学和定量描述测量的宽带光机械信号从集成的光子原子力显微镜纳米机械探针。使用该传递函数，探针可以在高光功率、强热光非线性区域中操作，达到$\approx$ 0.4 fm/Hz $^{1/2}$的灵敏度，相对于线性区域中的最佳性能改进了$\approx 10\times$。反直觉地，我们发现，较高的转换增益和灵敏度获得较低的品质因数的光学模式，为低信号频率。不限于光机械传感器，推导出的传递函数一般是有效的，用于描述小信号的动态响应的广泛的技术上重要的光子传感器的热光效应。
2021-01-19 physics.app-ph physics.optics
Fluorescence Brightness, Photostability and Energy Transfer Enhancement of Immobilized Single Molecules in Zero-Mode Waveguides Nanoapertures
零模波导（ZMW）纳米孔径被广泛用于监测超出正常显微镜可访问范围的单个分子。然而，几个方面的ZMW影响荧光团的荧光物理学仍然没有得到充分的记录，有时有争议。在这里，我们彻底研究了ZMW对单个固定化Cy3B和Alexa 647分子荧光的影响，详细说明了亮度，寿命，光漂白时间，发射光子总数和Förster共振能量转移（FRET）之间的相互作用。尽管在ZMW的等离子体增强的激发强度，我们发现，光稳定性是保存与类似的光漂白时间的玻璃参考。在光漂白之前检测到的荧光亮度和光子总数都增加了，Alexa 647染料的增益接近5倍。最后，单分子数据重要地允许ZMW对FRET过程的影响的无环孔表征。我们发现，FRET速率常数提高了50%，表明纳米光子可以介导能量转移。这些结果加深了我们对ZMWs中荧光增强的理解，并与单分子生物物理应用直接相关。
2022-05-02 physics.chem-ph physics.optics
