Revealing Hidden Topology of Complex Vector Beams via Plasmonic Interactions
Ariel University（阿里埃尔大学）；University of Graz（格拉茨大学）
利用等离子体相互作用，研究通过Q-plate生成具有空间变极化的光束，并揭示其隐藏拓扑结构。
2026-07-16 physics.optics
Advancing Plasmonic Computing with Single-Beam Logic Primitives
本文提出基于偏振模态选择与几何调谐的单光束全局阈值等离子体逻辑方案，实验实现比较器、奇偶校验和编解码器，并显著降低面积与功耗。
2025-10-04 physics.optics
Ion-beam assisted laser fabrication of sensing plasmonic nanostructures
简单的高性能两阶段混合技术被开发用于在玻璃衬底上制造不同的等离子体纳米结构，包括纳米棒、纳米环以及更复杂的结构。在这种技术中，薄的贵金属膜的电介质基板上的照射由一个紧密聚焦的单个纳秒激光脉冲，然后改性的区域是缓慢地抛光由加速氩离子（Ar+）束。因此，每个纳秒激光脉冲通过快速熔化和随后的流体动力学过程的启动局部修改初始金属膜，而随后的Ar+离子抛光去除膜的其余部分，揭示隐藏的形貌特征并在玻璃基板上制造单独的等离子体结构。我们证明，所得到的功能性等离子体纳米结构的形状和横向尺寸取决于激光脉冲能量和金属膜厚度，而随后的Ar+离子抛光能够改变所得到的纳米结构的高度。制造的纳米结构的等离子体特性的特征在于暗场显微光谱，拉曼和光致发光测量从单个nanofeats，以及通过支持相关的电磁近场和Purcell因子的数值计算。所开发的简单的两阶段技术代表了直接大规模激光诱导制造复杂等离子纳米结构的高度有序阵列的下一步。
2015-11-16 physics.optics
Terahertz plasmonic laser radiating in an ultra-narrow beam
等离子体激元激光器（spasers）产生相干表面等离子体激元（SPP），并且可以在金属腔中以亚波长尺寸实现，以用于纳米光学。等离子体腔也用于太赫兹量子级联激光器（QCL），这是最亮的固态太赫兹辐射源。对于spasers来说，一个长期存在的挑战是它们与远场辐射的耦合差。与可以产生定向光束的传统激光器不同，spasers由于其亚波长孔径而具有高度发散的辐射图案。在这里，我们从理论上和实验上证明了一种新的技术，用于实现分布反馈（DFB），这是不同于任何其他以前使用的DFB方案的半导体激光器。所谓的天线反馈方案导致等离子体激元激光器中的单模操作，将谐振SPP模式耦合到高度定向的远场辐射图案，并且将周围介质中的混合SPP集成到DFB激光器的操作中。在实验上，采用天线反馈方法，不需要相位匹配到一个定义明确的有效折射率，实现了单模太赫兹量子化学激光器，其光束发散角小至4 × 4度，这是迄今为止报道的任何太赫兹量子化学激光器的最大光束。此外，与传统光子带边激光器中周期性为半波长整数倍的辐射场可忽略不计的情况相比，天线反馈首次突破了这一整数倍限制，增强了激光模式的辐射场。天线反馈方案通常适用于具有法布里-珀罗腔的任何等离子体激光器，而不管其工作波长如何，并且可以使等离子体激光器更接近实际应用。
2016-07-24 physics.optics
Direct laser printing of chiral plasmonic nanojets by vortex beams
环形激光辐射，携带轨道角动量，即光学涡旋，最近被证明提供矢量质量传递，扭转瞬态熔融材料，并在不同的块体材料的表面上产生手性微尺度结构。在本文中，我们首次表明，纳秒激光涡旋可以产生手性纳米针（nanojets）的可变大小的薄膜等离子体材料，如银和金膜，覆盖热绝缘基板。研究表明，通过改变金属膜厚度、支撑基底和涡旋束的光学尺寸，所产生的手性纳米喷射器的主要几何参数（例如高度和纵横比）可以在很大范围内进行调节。利用带有两个旋向相反的涡旋的环形涡旋纳秒激光脉冲，可以产生两个旋向相反的手征纳米射流。这些结果为矢量激光束辅助金属薄膜中的传质的基础物理提供了新的重要见解，并展示了这种技术在快速易于实现的手性等离子体纳米结构制造中的巨大潜力。
2017-02-25 physics.optics
Beam Manipulation by Hybrid Plasmonic-Dielectric Metasurfaces
提出了一种混合等离子体-电介质超颖表面，以便以期望的方式操纵光束传播。该超颖表面由沉积在低折射率基底（即二氧化硅）上的图案化混合石墨烯-硅纳米盘组成。结果表明，所提出的混合超颖表面同时受益于石墨烯基超颖表面和介电超颖表面的优点。特别地，我们表明，所提出的混合超颖表面不仅提供可重构性，就像以前提出的石墨烯基超颖表面，但也类似于介电超颖表面，它是低损耗和CMOS兼容。这种特殊的特征赋予超颖表面实现高效光学部件的特殊潜力。为了证明后一点，使用所提出的混合结构作为两个众所周知的光学功能的示例来执行聚焦和异常反射。这项工作开辟了一条新的路线，在实现可重构元器件与广泛的现实世界的应用，不能实现与被动的同行。
2018-05-05 physics.optics
Plasmonic Nanolenses Produced by Cylindrical Vector Beam Printing for Sensing Applications
在这里，我们展示了一个简单的直接无掩模激光为基础的方法，用于制造背反射耦合等离子体纳米环阵列。该方法是基于微妙的烧蚀的金属绝缘体金属（MIM）三明治的上层金属膜的环形激光脉冲，然后氩离子束抛光。在用径向偏振光束激发后，所制备的纳米环的MIM配置允许实现在纳米环和背反射镜之间的间隙区域中激发的相长干涉等离子体波的有效纳米聚焦。对于这种MIM结构的优化的几何参数，可以实现在具有0.37 $λ^{2}$的尺寸的单个焦斑内的环的中心处的电磁近场的实质性增强，这通过时域有限差分（FDTD）计算以及通过检测来自吸附的有机染料分子的增强的PL信号来证实。所使用的简单的大规模和具有成本效益的制造过程，以及相对良好的容忍激发光束未对准，使得所提出的结构有希望实现利用圆柱形矢量光束作为泵浦源的各种纳米光子和生物传感平台。
2019-09-17 physics.optics
Coupling of optical far-fields into aperture-less plasmonic nanofibre tips
本文报道了表面等离子体激元的激发金涂层纳米纤维尖端的侧面照明与激光束和耦合的表面等离子体激元的光纤。测量结果表明耦合效率对入射角有很强的依赖性，最大耦合效率约为百分之几。此外，光纤针尖被用作扫描探针装置，用于测量聚焦激光束的束腰。这项工作的动机是在冷原子的量子光学实验中使用这种等离子体纳米纤维尖端。
2013-08-07 physics.optics
Large static tuning of narrow-beam terahertz plasmonic lasers operating at 78 K
本文提出了一种新的单模金属包层等离子体激光器调谐机制，即激光器周围介质的折射率和腔内增益介质的折射率对谐振腔模式的影响是一致的。实现了单模窄光束太赫兹等离子体量子级联激光器（QCL）~ 57 GHz的可逆、连续和无跳模调谐，并在78 K的实际温度下得到了验证。调谐是基于在已经焊接和引线键合到铜底座上的QCL芯片上的电介质（二氧化硅）的后处理沉积/蚀刻。这是一个相当大的调谐范围相比，以前报道的结果与定向远场辐射图案的太赫兹QCL。用于调谐的关键使能机制是最近开发的用于等离子体激元激光器的天线反馈方案，其导致产生在激光器的腔体外部以大空间范围传播的混合表面-等离子体激元-极化激元。详细研究了介质沉积对QCL特性的影响，包括最高工作温度、峰值输出功率和远场辐射方向图。在整个调谐范围内，都能保持低发散度（<7度）的单瓣光束。由于激光器的光谱和辐射特性对其周围介质的敏感依赖性，天线反馈方案非常适合于等离子体激元激光器的调制及其传感应用。
2016-12-20 physics.optics
Efficient hybrid-mode excitation in plasmonic nanoantennas by tightly focused higher-order vector beams
纳米天线中的杂化等离子体激元模式的有效光学激发对于实现许多有前途的功能是至关重要的，但由于入射光和混合模式之间的场分布失配，它可能具有挑战性。我们提出了一种有效的混合模式激发的一般方法，通过聚焦入射光场的各种高阶螺旋相位的圆柱偏振矢量光束的基础上。这种基矢量光束在高阶偏振态和斯托克斯参数（都在极坐标中局部定义）中描述，并相应地在高阶庞加莱球上可视化。在柱坐标系中，焦场被表示为高阶傍轴光束的所有聚焦光束的级数和。我们的焦场分解，使混合模式激发通过高阶矢量光束的分析，从而产生一个简单的设计，在紧聚焦区域的有效模式匹配场分布。
2021-10-29 physics.optics
Superfast and sub-wavelength orbital rotation of plasmonic particles in focused Gaussian beams
本研究借助表面等离激元共振实现等离子体粒子在高斯光束的亚波长离轴捕获与位移调控，提出在紧聚焦圆偏振高斯光束中实现超快速亚波长轨道旋转，为光驱动纳米机器等领域提供新方案。
2023-07-19 physics.optics
Plasmonic Gold Helices for the visible range fabricated by oxygen plasma purification of electron beam induced deposits
电子束诱导沉积（EBID）目前提供了唯一的直接写入技术，真正的三维纳米结构的几何特征低于50纳米。不幸的是，从金属有机前体的沉积物遭受大量的碳含量。这阻碍了许多应用，特别是在几何表面的金属性质是强制性的等离子体中。为了克服这个问题，研究了在室温下用氧等离子体进行沉积后处理以纯化含金EBID结构。在等离子体处理后，结构经历约18 nm的直径收缩，但完全保持其初始形状。所提出的纯化步骤产生核-壳结构，其中核主要由未受影响的EBID材料组成，并且金壳的厚度为约20 nm。这些纯化的结构在可见光波长范围内是等离子体激元活性的，如螺旋纳米结构上的暗场光学显微镜所示。最值得注意的是，相应散射光谱的电磁建模验证了所得金壳的厚度和质量确保了与纯金纳米结构相等的光学响应。
2016-06-23 physics.optics
High-speed plasmonic electro-optic beam deflectors
高度集成的有源纳米光子学解决了器件占用空间和操作速度的需求，是下一代光网络的关键技术。等离子体激元系统已被证明是缓解电光器件中的当前性能限制的有力竞争者。在这里，我们展示了一个等离子体光学相控阵列（OPA）组成的两个10- $μ$米长的等离子体移相器，用于控制两个亚波长分离的发射器的远场辐射模式的混叠自由波束转向与$\pm5^\circ$的角度范围和平坦的频率响应高达18 GHz（与1.2太赫兹的潜在带宽）。具有大的空间重叠的极端光场和静电场限制导致高相位调制效率（$V_πL=0.24\: \text{Vcm}$）。使用等离子体激元锂酸盐技术进行光束操纵的演示方法提供了无惯性、鲁棒、超紧凑和高速的光束转向。
2021-02-08 physics.app-ph physics.optics
Plasmonic orbital angular momentum manipulation through light control
对高聚焦径向偏振涡旋光束在金属表面激发的等离子体激元涡旋进行了实验和理论研究。所提出的方法揭示了直接相位奇异性和轨道角动量（OAM）从入射结构光束到其对应的表面等离子体激元的动态，可重构和高效率的优势。详细研究了等离子体激元场的模式、相位分布、坡印廷矢量和聚焦效率。实验验证进一步表明，纳米粒子可以被限制和操纵的PV和被困粒子的轨道旋转速度的区域内动态地改变通过改变入射光的拓扑电荷。
2011-10-08 physics.optics
Ultrafast Plasmonic Rotors for Electron Beams
本研究通过在激发金纳米棒的正交偏振激光脉冲间引入相位偏移生成旋转等离子体近场偶极子，探究其与慢电子束的相互作用，揭示了等离子体场循环方向的调控作用及同步共振的角动量传递效果，为电子波包整形及相关领域应用提供了新途径。
2025-02-24 physics.optics quant-ph
Helicity locking in light emitted from a plasmonic nanotaper
表面等离子体波携带固有的横向自旋，其被锁定到其传播方向。显然，当在圆锥表面上引导奇异等离子体激元模式时，这种自旋锁定可能导致远场发射的强圆偏振。具体来说，绝热锥形金纳米锥引导先验激发的等离子体激元涡旋向上，其中模式加速并最终从尖端射出。该光束的螺旋度被证明是单手的，并且仅仅源于螺旋等离子体波阵面的横向自旋锁定。我们提出了一个简单的几何模型，完全预测了我们的系统中出现的光自旋。最后，我们使用精确制造的奈米结构，实验证明了螺旋锁定现象，并与模型和数值数据证实了结果。
2017-03-07 physics.optics
Voltage-controlled beam steering in liquid-crystal-integrated dual-mode plasmonic nanolaser
Department of Electrical and Electronic Engineering, Bangladesh University of Engineering and Technology（孟加拉国工程与技术大学电气与电子工程系）
本文提出了一种集成电压控制液晶层的双模等离子体纳米激光器，实现了电压调控的光束转向，适用于光互连和多路复用通信。
2026-01-05 physics.optics
Wireless at the Nanoscale: Towards Magnetically Tunable Beam Steering
等离子体无线纳米链路具有很大的希望来克服传统金属导线的限制，即窄带宽，欧姆损耗，色散和串扰。然而，目前的发展局限于两个固定点之间的无线通信，即，固定的发射机和固定的接收机，这又限制了能量效率和集成水平。在这项工作中，我们提出了使用磁场的等离子体纳米天线的辐射波束转向的主动调谐。我们的概念背后的物理原理示出与辐射偶极源的辐射模式的存在下，磁场的严格的解决方案。结果表明，所提出的方案是可行的等离子体纳米天线的铁磁或贵金属在施加磁场的存在下。
2022-04-27 physics.optics
Quantum random number generation using an on-chip plasmonic beamsplitter
我们报告了一个实验实现的量子随机数发生器使用等离子体分束器。在金条形波导上，通过光栅将自由空间单光子转换为传播的单表面等离子体激元。然后，表面等离子体激元被引导到一个区域，在那里它们被散射成两个可能的输出之一。在给定输出中等离子体激元激发的存在确定从量子散射过程生成的随机比特的值。使用单表面等离子体激元流注入到分束器中，我们实现了量子随机数产生速率为2.37 Mbits/s，即使在存在损失。我们对生成的随机数序列的质量进行了测试，发现它与其他基于量子光子的设备的序列相当。我们的纳米光子器件的紧凑性质使其适合于在片上应用中的紧密集成，例如在量子计算和通信方案中。
2017-08-04 physics.optics quant-ph
Nonlinear bicolor holography using plasmonic metasurfaces
非线性超颖表面全息显示了超颖表面在控制光的相位、振幅和偏振同时转换光的频率方面的巨大潜力。定制相干光束的散射特性以及源自超原子的非线性信号的散射特性的可能性促进了光束成形应用中的巨大自由度。最近，几种方法表明，虚拟物体或任何类型的光学信息可以在与激光输入光束不同的波长处产生。在这里，我们展示了一个单层的非线性几何相位元表面的等离子体纳米结构的同时产生的第二和第三谐波。与以往的工作不同，我们展示了一个双色全息图与不同类型的纳米结构，通过不同的非线性光学过程产生的颜色信息。两个谐波信号的振幅比可以根据纳米结构的共振以及入射激光束的功率和波长来调整。在傅立叶空间中，使用单个近红外波长在具有相等振幅的可见波长处重建双色全息图像。同时使用多个非线性过程的非线性全息术为全息彩色显示应用、增强的光学加密方案和多路复用光学数据存储提供了另一种途径。
2021-03-02 physics.optics
Experimental verification of a plasmonic hook in a dielectric Janus particle
我们报告的第一个实验观察到的一个新的弯曲的等离子体束，等离子体钩（PH），表面等离子体极化激元（SPP）波。我们表明，SPP PH效应可以实现在一个梯形的电介质微结构与相对容易的制造相比，生成的艾里SPP波，需要复杂的技术来补偿波矢量失配。通过数值分析，我们预测了PH现象，优化了微观结构，并通过振幅和相位分辨散射扫描近场光学显微镜在1530-1570 nm的电信波长下证实了SPP PH的存在。实验结果与我们的预测相当吻合。重要的是，与Airy族等离子体束相比，SPP PH展示了SPP波有史以来记录的最小曲率半径，提供了从纳米颗粒操纵到纳米尺度内的生物传感的许多有用的应用。
2020-05-29 physics.optics
Enhanced optical vector bottle beams with obscured nodal surfaces
本研究针对光学瓶状光束的生成优化问题，提出利用同轴非干涉正交偏振光束遮蔽节面的方法，制备出均匀性增强的矢量瓶状光束，经实验与理论验证其势阱更小球对称度更高且具备特殊准粒子偏振特性，为相关科技领域应用提供了新方案。
2023-12-19 physics.optics
Influence of deposition parameters on the plasmonic properties of gold nanoantennas fabricated by focused ion beam lithography
本研究通过改变沉积速率制备不同厚度金薄膜，结合多种表征手段，发现20/30 nm薄膜宜用0.1 nm/s沉积，40 nm薄膜宜用0.3 nm/s，以优化等离激元天线性能。
2024-05-30 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
MIM Structure for optical vortex beam generator at nanoscale level
携带轨道角动量（OAM）的光束在许多领域有着广泛的应用。为了在光子集成器件中应用这些特定的光束，已经提出了创新的光学元件。在这里，我们感兴趣的是在纳米级的OAM携带光束的产生。基于金属-绝缘体-金属多孔等离子体涡旋透镜，我们设计并实验验证了一种等离子体光学涡旋发射器。我们的等离子体激元元件被示出为将撞击的圆偏振光转换成能够传播到远场的轨道角动量状态。此外，可以通过切换入射光偏振的旋向性来从外部调整出现的OAM。该器件具有几微米的半径，OAM光束从亚波长孔径产生。PVL集成阵列的制作和多个光学涡旋的同时发射为光学涡旋发射器的大规模集成和广泛应用提供了一种简单的方法。
2018-04-06 physics.optics
Observation of microscale nonparaxial optical bottle beams
基于旋转焦散面的产生，预测并实验观察了三维微尺度非傍轴空心光束。这种瓶形梁在周围表面和有效空隙内部之间表现出高对比度。通过焦散工程，我们可以精确地控制高强度表面的功能形式，以实现纵向和横向尺寸相同数量级的微尺度瓶梁。虽然，在一般情况下，在输入平面上的相位分布可以计算数值，我们发现封闭形式的表达式与各种类型的表面在真实的和傅立叶空间中的瓶光束。
2018-08-04 physics.optics
Spin-Hall effect in the scattering of structured light from plasmonic nanowire
自旋-轨道相互作用是亚波长现象，其可以潜在地导致纳米光子学中的许多器件相关应用。本文报道了厄米-高斯光束和高斯光束在等离子体纳米线上前向散射的自旋霍尔效应。观察到圆偏振光束的非对称散射辐射分布。当偏振旋向性反转时，散射辐射分布的不对称性改变了符号。我们发现在恒定输入功率下，厄米-高斯光束的自旋霍尔效应比高斯光束有显著的增强。垂直于等离子体纳米线的长轴的散射功率之间的差异用于量化增强。此外，HG束的节线也是自旋-霍尔位移的标志。数值计算证实了实验观察，并认为与圆极化相关的坡印廷矢量的自旋流分量是自旋-霍尔效应及其增强的原因。
2018-04-29 cond-mat.mes-hall physics.optics
Compound plasmonic vortex generation based on spiral nanoslits
鉴于结构光场和等离子体涡旋的广泛应用，本文提出了复合等离子体涡旋的概念，并设计了几种结构等离子体涡旋发生器。这种结构化等离子体涡旋发生器由多个螺旋纳米缝组成，可以产生两个或多个同心等离子体涡旋。与拉盖尔-高斯光束不同，等离子体涡旋在不同区域的拓扑荷不同。理论分析为径向结构等离子体涡流发生器的设计奠定了基础，数值模拟验证了设计原理的有效性。通过对旋涡场干涉的讨论，确定了结构涡的产生条件。本文的工作为利用螺旋纳米缝产生新型等离子体涡旋提供了一种设计方法，这种先进的径向结构等离子体涡旋有助于拓宽旋涡场的应用领域。
2020-12-06 physics.optics
Plasmonic Route to Reconfigurable Polarization Optics
表面等离子体激元（SPP）作为金属/电介质界面上的有界模式，本质上具有确定的横磁（TM）极化，通常缺乏进一步的操纵。然而，当两个正交传播的SPP相互干涉时，SPP场的面内纵向分量可以产生多种偏振态。在这里，我们展示了一个等离子体激元偏振路由器，通过设计适当的纳米孔阵列，可以选择性地散射干扰SPP领域所需的光束。实验结果表明，该器件能够将一定的输入偏振态重新配置为散射光的各种偏振态。在衍射复合相位调制的作用下，可同时获得多束不同偏振态的聚焦光束，为偏振复用及相关信号处理提供了可能。我们的设计提供了一个新的路线，实现完全控制的光学偏振以及光学自旋轨道相互作用。
2014-05-06 physics.optics
Optical phased arrays for LIDAR: beam steering via tunable plasmonic metasurfaces
控制由元件发射的光的相位和振幅（即，像素）对于实现用于LIDAR应用的动态光束转向是至关重要的。在本文中，我们提出了一种由薄氧化物层覆盖的金属纳米天线和导电氧化物组成的等离子体像素，例如，ITO，用于反射阵列超颖表面。通过考虑通过金属连接器的纳米天线的电压偏置，并利用在积累和耗尽区的金属氧化物半导体电容器中的载流子折射效应，我们的模拟预测在$>330^{\circ}$范围内的反射系数相位的控制具有几乎恒定的幅度。我们讨论了光学响应的物理机制，连接器的效果，并提出了策略，以最大限度地提高反射系数的大小，并实现双波段操作。通过3D-FDTD模拟证明了我们的等离子体像素设计在LIDAR中用于光束转向的适用性。
2019-12-04 physics.app-ph physics.comp-ph physics.optics
Dynamically controlled plasmonic nano-antenna phased array utilizing vanadium dioxide
我们提出并理论分析了一种方法，用于实现可调谐光学相控阵天线，利用VO2的电子波束转向应用在近红外光谱范围内的属性。该设备是基于一个一维阵列的槽纳米天线刻在一个薄的Au膜上生长的VO2层。通过在器件上引起温度梯度来获得调谐，这改变了VO2的折射率，并因此通过在下面的PCM层内产生热梯度来修改包括阵列的元件的相位响应。使用一个10元阵列，我们表明，入射光束可以转向到相对于正常的，通过施加一个梯度小于10°C。
2017-02-08 physics.optics
Infrared Beam-shaping on Demand via Tailored Geometric Phase Metasurfaces employing the Plasmonic Phase-Change Material In3SbTe2
本文利用相变材料In3SbTe2的激光诱导绝缘体-金属转变，通过直接激光写入快速制造大面积几何相位超表面，实现红外光束偏转、聚焦、轨道角动量光束及多功能全息等按需光束整形。
2024-08-09 physics.app-ph physics.optics
Holographic optical bottle beams
我们提出了一种卷积方法产生的光学瓶光束相结合的全息光学捕获中空强度分布的技术，以操纵吸收粒子。我们的方法的多功能性证明了在定义的位置同时稳定捕获多个粒子。此外，所提出的相位成形技术允许沿任意路径的吸收粒子的动态操纵。
2012-03-19 physics.optics
Ultrafast Generation and Control of an Electron Vortex Beam via Chiral Plasmonic Near Fields
涡旋携带的物质波，如手征电子束，在应用科学和基础科学中都有重要的意义。连续波电子涡旋束通常通过被动相位掩模在电子的波函数上压印横向相位调制来制备。在这里，我们表明，飞秒手征等离子体激元近场使电子涡旋束的超快时间尺度上的产生和动态控制。由此产生的电子波包的涡旋结构探测在实空间和倒易空间使用超快透射电子显微镜。这种方法提供了一个高度的可扩展性，以小的长度尺度和阿秒精度的电子涡度的高效操纵。除了直接影响在纳米超快过程中，其中手征起着重要作用的调查，我们进一步讨论了使用这种技术的前景，以形成带电的复合粒子，如质子的波函数，以及它如何可以用来探测它们的内部结构。
2018-12-19 physics.optics quant-ph
Plasmonic interferences of two-particle N00N states
量子等离子体激元学处于纳米光子学和量子光学的交叉点。真正的量子效应可以用非经典态如Fock态和纠缠态观察到。N 00 N态结合了这两个方面：它是一个Fock态的量子叠加态，在两个空间模式中有N个激发。在这里，我们报告的第一个观察到的两个等离子体激元（N=2）N 00 N状态的干扰使用等离子体分束器蚀刻在金和空气之间的平面界面。我们详细分析了在分束器和沿金属/空气界面的传播过程中的损失的作用。虽然分束器的固有损耗是量子非线性吸收出现的原因，但我们注意到，由于传播损耗，N 00 N态的衰减速度比经典态快N倍。
2018-07-23 physics.optics quant-ph
Optical vault: reconfigurable bottle beam by conically refracted light
我们利用光在双轴晶体中的锥形光的折射来制造用于捕获和操纵粒子的光学瓶。我们表明，通过改变输入光的偏振，瓶子可以随意打开和关闭。我们实验证明稳定的电泳捕获和可控的加载和卸载的光吸收粒子的陷阱。
2014-09-05 physics.optics
Quantum Rod Emission Coupled to Plasmonic Lattice Resonances: A Collective Directional Source of Polarized Light
我们证明，一个阵列的光学天线可以呈现一个薄层的随机取向的半导体纳米晶体到一个增强的和高度定向的偏振光源。该阵列维持集体等离子体晶格共振，其在窄角区域上与纳米晶体的发射光谱重叠。因此，可见光的不同光子能量被增强并被射向确定的方向。
2013-05-14 physics.optics
Mixing of spin and orbital angular momenta via second-harmonic generation in plasmonic and dielectric chiral nanostructures
我们提出了一个理论研究的特性的非线性自旋轨道角动量耦合的二次谐波产生诱导的等离子体和介电纳米结构的中心对称材料。特别是，相位奇异性和偏振螺旋在基波和二次谐波光场的纵向分量和散射体的对称性属性之间的连接进行了讨论。通过深入比较结构化光束与等离子体和介电纳米结构的相互作用，我们发现，表现出磁共振和电共振的全介电和等离子体纳米结构具有可比的二次谐波转换效率。此外，还揭示了单个和手征散射体团簇的二次谐波增强机制，并讨论了入射光束的光学角动量含量与非线性光散射增强的关系。特别地，我们给出了非线性自旋-轨道角动量相互作用的一般性角动量守恒定律，其中包括具有不同阶旋转对称性的手征结构的准角动量.作为我们的研究相关的纳米光子学的一个关键结论，我们认为，全电介质纳米结构提供了一个更合适的平台，实验研究自旋和轨道角动量之间的非线性相互作用，相比等离子体，主要是由于其较窄的共振峰，较低的固有损耗，和较高的可持续的光功率。
2017-04-20 physics.optics
Electrically-Reconfigurable Passive and Active Circuits in a Single Plasmonic Architecture
导波等离子体激元电路是用于亚衍射区中的传感、互连和量子应用的有前途的平台。尽管如此，损耗限制权衡仍然是等离子体增强光学过程的共同瓶颈。在这里，我们报告了一种独特的等离子体波导，可以减轻这种权衡，并提高效率的等离子体基发射，光物质相互作用，并同时检测。通过不同的偏置配置，在相同的非晶基等离子体结构中，可以实现诸如归一化Purcell因子接近10^4、10-dB幅度调制与<1 dB插入损耗和fJ能级开关能量、以及光电探测灵敏度和内量子效率分别为-54 dBm和6.4%的记录实验属性。支持多种光电现象同时提供优于现有等离子体和电介质对应物的性能增益的能力提供了通向可重新配置的单片等离子体电路的清晰路径。
2020-11-11 physics.app-ph physics.optics
Generating non-diffracting bottle beams with a flat multi-level diffractive lens
Quantlight and High Harmonics Lab Pvt. Ltd.（量子光与高次谐波实验室私人有限公司）；Graduate School of Engineering, Chiba University（千叶大学研究生院）；Molecular Chirality Research Centre, Chiba University（千叶大学分子手性研究中心）；Laboratory of Nonlinear Optics, Institute of Astronomy, University of Latvia（拉脱维亚大学天文学研究所非线性光学实验室）；Laser Centre, Institute of Physical Chemistry, Polish Academy of Sciences（波兰科学院物理化学研究所激光中心）；Department of Physics, Indian Institute of Technology Ropar（印度理工学院罗帕尔分校物理系）；Department of Electrical and Computer Engineering, University of Utah（犹他大学电气与计算机工程系）；Oblate Optics, Inc.（扁球光学有限公司）；Department of Electrophysics, National Yang Ming Chiao Tung University（国立阳明交通大学电光子学系）
该研究利用二元 axicon 产生低旁瓣 Bessel 光束并通过平面 MDL 聚焦，实现无衍射范围超 5 cm、周期 0.2–1.36 mm 的高功率微米级瓶形光束。
2025-09-29 physics.optics
Spatially Resolving the Enhancement Effect in Surface-Enhanced Coherent Anti-Stokes Raman Scattering by Plasmonic Doppler Gratings
本文利用等离子体多普勒光栅（PDG）平台，对非线性表面增强相干反斯托克斯拉曼散射（SECARS）的输入输出光束中等离子体光栅的增强效应进行了实验研究。PDG是可设计的方位角啁啾光栅，其提供宽带和空间分散的等离子体增强。因此，它们提供了观察和比较来自各个输入和输出光束中的增强的不同组合的总体增强的机会。我们首先确认PDG在线性表面增强荧光和拉曼散射中空间分离输入和输出增强的能力。然后，我们研究空间分辨增强非线性SECARS，其中相干相互作用的泵，斯托克斯和反斯托克斯光束增强的等离子体光栅。通过映射的SECARS信号和分析的方位角依赖的强度，我们表征在个别频率的增强。理论分析表明，虽然输入和输出光束的同时增强对SECARS很重要，但泵浦光束和反斯托克斯光束的增强在整体增强中起着比斯托克斯光束更关键的作用。本文的工作对等离子体增强光谱的增强机理有了深入的了解，这对等离子体光栅的设计和优化具有重要意义。PDG平台也可以应用于研究其他非线性光-物质相互作用中的增强机制或等离子体光栅对荧光寿命的影响。
2021-01-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Generation and near-field imaging of Airy surface plasmons
我们证明了实验的产生和近场成像的无衍射表面波-等离子体艾里光束，在金金属膜的表面上传播。Airy等离子体激元由工程纳米级相位光栅激发，并在其传播过程中表现出显着的光束弯曲。我们发现，所观察到的艾里等离子体表现出自我修复的特性，提出了新的应用等离子体电路和表面光学操纵。
2011-05-13 physics.optics
Effects of imperfect angular adjustment on plasmonic force
当电磁波通过窄缝传播时，两个金属壁之间的吸引等离子体激元力已经在平行板和垂直入射时进行了研究。本文分析了板料和激光光束不完全调整的影响。当楔形体沿波传播时，非平行板的力随倾角的变化为一阶，而当楔形体横向时，力随倾角的变化为二阶。小的入射角导致力的减小，由于反对称波导模式出现在狭缝。
2017-07-27 physics.optics
Optomagnetism with plasmonic skyrmion
本文研究等离激元 Néel 斯格明子的光磁效应，证明聚焦径向偏振涡旋光束产生的斯格明子最适合在金薄膜中诱导静磁场，为全光磁化翻转等应用提供新自由度。
2024-04-04 physics.optics
Deterministic Bottom-Up Fabrication of Plasmonic Nanostructures on Optical Nanofibers via Blurred Electron Beam Deposition
本研究提出利用模糊电子束诱导沉积（BEBID）在光学纳米光纤上确定性制备铂纳米柱，克服机械脆弱性，实现亚20纳米精度，并展示定向发射能力，适用于量子光子学与传感。
2025-03-31 physics.app-ph physics.optics
Sculpting the plasmonic responses of nanoparticles by directed electron beam irradiation
功能纳米结构中物质的空间限制将这些系统推向了纳米科学的最前沿，既作为奇异物理和量子现象的游乐场，又在包括等离子体、光电子和传感在内的多种应用中。与此同时，单色电子能量损失谱（EELS）的出现使得能够探索单个纳米颗粒内的局部纳米等离子体功能和纳米颗粒组装体的集体响应，从而深入了解相关机制。然而，等离子体纳米结构的现代合成工艺通常限于可访问的几何形状和材料的类型，并且即使如此，也限于数十nm量级的空间精度，从而排除了对结构-性质关系的关键方面的直接探索。在这里，我们使用扫描透射电子显微镜（STEM）的原子大小探针来执行纳米颗粒配置的精确雕刻和设计。此外，使用低损耗（EELS），我们提供了动态分析的等离子体激元响应的演变过程中的雕刻过程。我们表明，在纳米粒子的自组装系统中，单个纳米粒子可以选择性地去除，重塑或以纳米级分辨率任意图案化，有效地修改空间和能量域中的等离子体响应。这一过程大大增加了设计的可能性，并为任意结构的开发提供了机会，这最终是纳米光子设计的关键。纳米雕刻又给电子显微镜带来了另一种能力。
2021-04-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Delocalization of nonlinear optical responses in plasmonic nanoantennas
利用近红外飞秒激光束局部照射微米长的金棒光学天线，观察到远距离双光子发光和二次谐波产生.我们表明，非线性辐射可以从整个天线和测量的远场角模式承担的信息的性质和起源的各自的非线性过程。我们证明了非线性响应的传输在激发频率的传播表面等离子体激元，从而使极化激元介导的剪裁和设计的非线性响应。
2015-03-25 physics.optics
Gate-controlled mid-infrared light bending with aperiodic graphene nanoribbons array
石墨烯等离子体纳米结构能够实现从中红外到太赫兹频率的电磁能量的亚波长限制。通过利用在等离子体纳米结构的共振频率附近的光谱变化的光散射相位，可以控制入射光束的反射角度。我们证明，通过基于麦克斯韦方程组的全波电磁模拟，通过使用石墨烯纳米带的非周期性阵列的中红外线光束的反射角度的电控制，其宽度被设计为产生空间变化的反射相位分布，其允许朝向预定义方向的远场准直光束的构造。
2014-12-02 physics.optics
Strong Modulation of Infrared Light using Graphene Integration with Plasmonic Fano-Resonant Metasurfaces
等离子体超颖表面代表了一个有前途的平台，用于增强光-物质相互作用。超颖表面的光学响应的主动控制对于诸如光束转向、调制器和开关、生物化学传感器和紧凑型光电子器件的应用是期望的。在这里，我们使用具有两个Fano共振的等离子体超颖表面来增强红外线与电可控单层石墨烯的相互作用。实验表明，这些共振的窄光谱宽度，结合强光/石墨烯耦合，使反射率调制近一个数量级，导致调制深度高达90%。.数值模拟证明了在保持反射率几乎恒定的同时对反射光的相位进行强主动调制的可能性，从而为可调谐红外透镜和光束转向铺平了道路
2014-05-05 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Symmetry selective third harmonic generation from plasmonic metacrystals
非线性过程通常由分子构型的对称性所施加的选择规则所支配。最著名的例子包括镜像对称性破缺对偶次谐波产生的作用，以及与圆偏振基本光束谐波产生中旋转对称性相关的选择规则。虽然镜像对称性破缺在二次谐波产生中的作用已经在等离子体系统中被广泛研究，但是关于谐波产生的圆偏振态的选择规则的研究已经限于晶体，即原子水平上的对称性。在这里，我们证明了旋转对称依赖于三次谐波产生的非线性等离子体超晶体。我们表明，选择规则可以施加到各向同性的有机非线性薄膜嵌入的亚晶体的旋转对称性。这里提出的结果可能会打开新的途径，设计与定制的等离子体纳米结构依赖于非线性光学响应。
2014-03-06 physics.optics
Atom trapping in an interferometrically generated bottle beam trap
我们演示了一个由两束具有不同束腰的基本高斯光束干涉产生的光学瓶形光束阱。这些光束是使用马赫-曾德尔干涉仪从单个激光源得到的，该干涉仪的臂具有不等的放大率。来自Mach-Zehnder的两个光束的相消干涉导致在光束的相互聚焦处的三维强度零。我们演示了冷铯原子在一个蓝色失谐的瓶形光束阱中的捕获。
2009-01-16 physics.atom-ph physics.optics
New Analytical Approach Based on Transfer Matrix Method (TMM) for Study of Tunable Plasmonic Modes in Graphene-Based Heterostructures
本文旨在研究位于SiO2-Si层上的石墨烯-六方氮化硼（hBN）-石墨烯混合结构中光束的反射特性。利用传输矩阵法建立了反射特性的解析模型。上Reststrahlen带已被选为研究的频率范围。结果表明，反射光束的特性可以有效地控制通过改变石墨烯片的化学势。所获得的结果表示在24.9 THz的频率下的反射群延迟（=15.3 ps）的高值。该研究将有助于控制反射光束的群延迟，并可用于设计中红外波段的石墨烯-hBN器件。
2023-01-02 physics.app-ph physics.optics
Controllable light capsules employing modified Bessel-Gauss beams
我们报告，在理论和实验上，一类新的控制光胶囊几乎完美的黑暗，直接采用修改后的贝塞尔-高斯光束的固有特性。这些光束在传输过程中，只要适当选择参数，就能自然地产生三维瓶状区域。值得注意的是，可以通过调整光束参数来控制光学瓶以展示各种几何形状，从而产生可调节的光胶囊。我们详细了解了由修改后的贝塞尔-高斯光束产生的光囊的理论起源和特性。此外，首次采用基于二进制数字微镜器件（DMD）的方案，通过精确的幅度和相位控制对空心光束进行整形。此外，我们证明了他们的能力，光学捕获的核壳磁性微粒，这在生物医学研究中发挥着特殊的作用，与全息光镊。因此，我们的观察提供了一个新的途径，产生和控制瓶束，并将扩大潜在的微观操纵吸收粒子，气溶胶，甚至单个原子。
2016-05-11 physics.optics
An electroplating-based plasmonic platform for giant emission enhancement in monolayer semiconductors
本研究通过电子束光刻和电镀制备金纳米盘阵列，实现单层MoS2光致发光150倍增强，并基于电磁模拟解释机制。
2023-06-23 physics.optics
Probing the symmetry of the potential of localized surface plasmon resonances with phase-shaped electron beams
等离子体，光与金属物体相互作用的科学和技术，从根本上改变了我们探测、产生和操纵光的方式。虽然该领域正在迅速发展，但由于纳米级制造和分析方法的可用性，诸如等离子体激元激发对称性等基本性质无法直接获得，导致对其性质的部分，有时是不正确的理解。在这里，我们克服了这个限制，故意塑造电子束的波函数，以匹配在一个修改的透射电子显微镜的等离子体激元激发的对称性。我们从实验和理论上表明，这提供了选择性检测金属纳米粒子内的特定等离子体模式，同时排除其他对称性的模式。该方法类似于广泛使用偏振光来选择性地激发等离子体激元模式，其优点是局部探测各个等离子体激元对象的响应和更宽范围的对称性选择标准。
2017-04-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
