Boosting the Terahertz Photoconductive Antenna Performance with Optimized Plasmonic Nanostructures
先进的纳米光子学渗透到其他科学和技术领域，从应用物理到生物学，并导致许多迷人的跨学科应用。最近已经证明，在纳米尺度上适当设计的光-物质相互作用可以克服当今太赫兹（THz）光电导天线的局限性，使它们更接近许多实际意义。在这里，我们提出了这一概念，全面的数值优化和实验研究的对数周期太赫兹光电导天线耦合到银纳米天线阵列。我们揭示了由此产生的混合太赫兹天线的工作原理，提供了一种方法，以提高其性能。通过调整银纳米天线的尺寸和它们之间的距离，我们获得了比以前报道的结果大2倍的光-太赫兹转换效率的增强，最强的增强是在1太赫兹左右，这是其他紧凑型太赫兹源几乎无法实现的频率范围。此外，我们提出了一种具有成本效益的制造工艺，通过热去湿工艺实现具有优化等离子体纳米结构的混合太赫兹天线，该工艺不需要任何后处理，使得所提出的解决方案对应用非常有吸引力。
2017-06-14 physics.optics
Plasmonic modulator optimized by patterning of active layer and tuning permittivity
研究了一种可应用于光子集成电路的超小型等离子体激元调制器。该调制器是一个金属-绝缘体-金属波导，具有额外的超薄氧化铟锡（ITO）层。偏压通过用作电极的金属板施加到多层芯。外场改变了超薄ITO层中的载流子密度，从而影响其介电常数。金属-绝缘体-金属系统具有等离子体激元共振，并且其受到有源层的介电常数的变化的强烈影响。为了提高性能的结构，我们提出了几个优化。我们研究了ITO介电常数对调制器性能的影响，并指出了合适的值。我们分析了波导结构的本征模，并指定其有效操作的范围。我们发现，用一维周期性条纹代替连续有源层可以提高器件的透射率，并使调制器的性能保持在相同的水平。分析了图案尺寸和有源材料填充因子对光栅结构的影响，并找到了最佳参数。图案化ITO层使我们能够在波导中设计布拉格光栅。光栅可以打开和关闭，从而调制来自结构的反射。所考虑的结构与电气控制具有高性能，并可以有效地工作作为纳米光子架构中的等离子体元件。
2012-07-20 physics.optics
Beaming of helical light from plasmonic vortices via adiabatically tapered nanotip
我们证明了通过使用等离子体涡旋和自由空间拉盖尔-高斯模式之间的平滑光学模式转换，产生具有所需轨道角动量的远场传播光束。这是通过由螺旋狭缝包围的螺旋锥形金尖端来实现的。所提出的物理模型，支持的数值研究，带来了一个优化的结构，这是通过使用高度可重复的次级电子光刻技术制造。该结构的光学测量结果与理论预测的远场分布非常吻合。这种架构提供了一个独特的平台，本地化激发等离子体激元涡其次是其光束。
2016-09-18 physics.optics
Solid and hollow plasmonic nanoresonators for carrier envelope phase read-out
本研究通过数值优化三类金等离子体纳米谐振器的实心与空心结构，结合频域时域计算分析CEP灵敏度，发现空心单结构比值最高、实心等离子体透镜绝对CEP相关光电流最大且灵敏度最高。
2024-04-18 physics.app-ph physics.optics
Improved emission of SiV diamond color centers embedded into concave plasmonic core-shell nanoresonators
为了同时增强镶嵌硅空位（SiV）金刚石色心的激发和发射，对三种不同结构的凹银核壳纳米谐振器进行了数值优化.根据辐射率增强和量子效率（QE）之间的折衷，进行条件优化以确保SiV色心的~2、3、4和5倍表观cQE增强，具有~10%的固有QE。增强光谱，以及近场和电荷分布进行了检查，以揭示背后的光学响应的物理基础。条件优化的耦合系统是合格的产品的辐射率增强在激发和发射，这是命名为Px因子。优化的球形核壳纳米谐振器包含一个集中的发射器是能够通过键合偶极共振显着增强发射。PX因子为529倍，发射时cQE为49.7%。发射器的分散导致高阶多极模式的出现，这是不利的，因为它们的非辐射性质。优化后的椭球核壳谐振器的横向和纵向偶极共振分别调谐到激发和发射。同时增强导致6.2x10^5 Px因子和50.6%cQE。棒状凹核壳纳米谐振器利用类似的横向和纵向偶极谐振，此外，由于它们的天线状几何形状，它们更显着地增强荧光。当发射时cQE为50.3%时，可实现8.34x10^5的Px因子增强。当有关最小QE的标准设置为20%时，增强可能会导致2.03x10^6倍的Px因子。
2017-04-19 physics.optics
Plasmonic structure integrated superconducting nanowire single-photon detector with BSCCO stripes
University of Szeged（塞格德大学）；HUN-REN Wigner Research Center of Physics（匈牙利研究与创新网络维格纳物理研究中心）
通过集成等离激元纳米结构增强超导BSCCO条带的吸收效率，数值优化了纳米腔阵列和纳米腔沟槽阵列SNSPD，在垂直入射下吸收率提高一个数量级以上。
2026-06-09 physics.optics
Topology optimization of dispersive plasmonic nanostructures in the time-domain
拓扑优化技术已经应用于集成光学和纳米光子学中，用于具有人类直觉无法想象的形状的器件的逆向设计。在光学频率下，这些技术仅用于使用频域方法优化非色散材料。然而，时域公式更有效地优化具有色散的材料。我们介绍了这样一个配方的德鲁德模型，它被广泛用于模拟金属，导电氧化物和导电聚合物的色散特性。我们的拓扑优化算法是基于时域有限差分（FDTD）方法，我们引入了一个时域灵敏度分析，使评估的梯度信息，通过使用一个额外的FDTD模拟。在设计空间中的介电和金属结构的存在产生等离子体激元场增强，导致收敛问题。我们采用人工阻尼方法在优化迭代过程中，通过减少等离子体效应，解决了收敛问题。我们提出了几个2D和3D等离子体纳米天线的设计实例，优化了场定位和增强的频带选择。我们的方法有可能加快宽带光学纳米结构的色散材料的应用在纳米等离子体，集成光学，超快光子学和非线性光学的设计。
2022-03-03 physics.optics
Maximization of surface-enhanced transversal magneto-optic Kerr effect in Au/Co/Au thin films
为了最大化Au/Co/Au结构的横向磁光克尔效应（T-MOKE），我们提出了一种获得最佳厚度值的方法。一个标准的基础上保持良好的等离子体特性已被包括作为该方法的一部分。使用理论预测，我们生长了Au/Co/Au三层膜，并使用Kretschmann配置进行光学和MO表征。结果承认非常容易解释的磁光和等离子体之间的相互作用的性能决定的结构的最佳厚度。此外，我们已经生长并表征了优化的结构，发现与理论达到良好的一致性，对于532 nm的绿色激光器，最大表面磁光（MO）信号增强接近9倍的信号，而没有等离子体激元激发。
2014-10-03 physics.optics
Design, Fabrication and 3D Volumetric Characterization Criteria for Plasmonic Bullseye Structures
在这份报告中，某些索赔等离子体靶心（BE）结构的设计标准和表征进行了调查。光栅周期与表面波波长的匹配是否会导致沿器件光轴的强准直光束？如果这些设备被设置为增强量子发射器的辐射衰减率，那么对它们的要求是什么？这些问题的答案是提出和建模一个新的靶心结构，优化的基础上最大化的远场强度沿光轴。尺寸和拟议的BE的性能进行比较，由另一位作者报道。另一个需要回答的问题是特征化技术。什么是表征此类设备的最佳方法？沿光轴有多少个焦点？在每个点上，重点的优势和深度是什么？输出光束的准直程度如何？由其他作者提出的技术进行辩论，并提出了一种基于3D共聚焦显微镜的技术，并实验应用于替代拟议的设备。
2020-03-12 physics.optics
Polarization-tailored Fano interference in plasmonic crystals: A Mueller matrix model of anisotropic Fano resonance
提出了一种简单而优雅的Mueller矩阵方法，用于控制Fano干涉效应并设计各向异性光学系统中产生的非对称谱线形状。该方法是建立在各向异性Fano共振，它涉及到两个物理上有意义的和实验上可访问的干涉参数，即，Fano相移和干涉模式的相对振幅的光谱不对称性的广义模型。利用各向异性系统中正交线性偏振之间的这些参数的差异，使用优化偏振状态的预选择和后选择来期望地调谐Fano光谱不对称性。实验控制的Fano相位和相对振幅参数和由此产生的调谐光谱不对称性的演示在波导等离子体晶体使用基于Mueller矩阵的偏振分析。该方法使剪裁的几个异国情调的制度的法诺共振，包括完全逆转的光谱不对称性。所展示的控制和随后的各向异性系统中的Fano共振的大的可调谐性显示了基于Fano共振的应用的潜力，所述应用涉及在纳米尺度上控制和操纵电磁波。
2016-09-19 physics.optics
Designing Structures that Maximize Spatially Averaged Surface-Enhanced Raman Spectra
我们提出了一个总体框架的纳米图案化表面的逆设计，最大限度地提高空间平均表面增强拉曼（SERS）光谱随机分布在整个材料或流体的分子，最近提出的跟踪配方优化非相干发射的基础上。这导致了与在单个已知位置优化SERS发射完全不同的设计，正如我们使用几个2D设计问题来说明热点密度，角度选择性和非线性损伤的影响。我们得到优化的结构，执行约4倍优于涂层与优化的球体或蝴蝶结结构和约20倍时，包括非线性损伤效应。
2022-08-01 physics.optics
Inverse Design of Plasmonic Structures with FDTD
逆向设计极大地扩展了纳米光子器件，并带来了优化的性能。然而，使用等离子体结构的逆设计一直具有挑战性，由于局部场集中，可以导致梯度计算中的错误时，连续伴随方法被使用。另一方面，用离散伴随方法可以得到精确的梯度。从历史上看，离散版本专门用于有限元模型，并且很少尝试在等离子体结构的逆设计中应用时域差分（FDTD）方法。由于FDTD在等离子体结构模拟中的广泛应用，本文将离散伴随方法与FDTD相结合，提出了一种基于密度拓扑优化的等离子体结构逆设计框架。我们证明了具有不同介电常数的等离子体块结构的梯度计算的准确性。等离子体结构特有的另一个挑战是，由选择不当的材料插值引起的非物理放大可能破坏优化的稳定收敛。为了避免这一点，我们采用了非线性材料插值方案的FDTD求解器。此外，过滤和投影正则化，以确保所设计的结构的可制造性。作为这个框架的一个例子，提出了一个等离子体领结孔径的电场的成功重建。
2020-12-11 physics.comp-ph physics.optics
Plasmonic Dimers Enhanced Polarized Single Photon Coupled to Optical Nanowire
我们提出了一个系统，用于引导等离子体增强的偏振单光子进入光学纳米线（ONW）导模。结果表明，金纳米棒二聚体（GNRD）的存在可以显著增强量子发射体（QE）的自发发射特性，从而产生高偏振、高亮度的单光子发射.我们已经计算出，一个高的Purcell因子为279，耦合效率为11%，和单光子的偏振度（DOP）估计高达99.57%，在引导模式的ONW适当地放置一个QE的GNRD系统的优化位置。这种混合量子系统可以与光纤网络相连接，为可能的量子信息处理和量子密码学应用打开了大门。
2022-12-17 physics.optics quant-ph
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
Polarization-Controlled Coherent Phonon Generation in Acousto-Plasmonic Metasurfaces
纳米级（GHz-THz频率）的声振动及其与电子，光子和其他激发的相互作用是物理学中新兴领域的核心：纳米声学。设计频率可调、易于集成到复杂系统中的双频声-声子换能器仍然是声纳米镜和声子激光器发展中的一个开放和具有挑战性的问题。在这里，我们展示了如何优化的等离子体超颖表面可以作为一个高频声子换能器。我们报告了由金纳米结构阵列组成的超颖表面中的泵浦-探测实验，揭示了这种阵列可以作为高效且可调谐的光子-声子换能器，对激发速率和激光偏振具有很强的光谱依赖性。我们期望我们的工作是基于等离子体纳米结构的声子超表面工程的起点。
2018-05-11 cond-mat.mes-hall physics.app-ph 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
Morphology-Driven optimization of Double Nanohole-based Plasmonic Optical Tweezers
University of Fribourg（弗里堡大学）；Stanford University（斯坦福大学）；Sorbonne Université（索邦大学）
本研究通过系统模拟和形态表征对双纳米孔结构的参数进行优化，以提高光学镊子的 trapping stiffness、局部电场约束和传输变化（ΔTT），同时降低所需光功率，从而提升其在单分子生物物理中的应用性能。
2026-09-01 physics.app-ph physics.bio-ph physics.optics
Feedback-optimized Extraordinary Optical Transmission of Continuous-variable Entangled States
我们报道了连续变量纠缠态通过六边形金属孔阵列的反馈优化的非寻常光传输。首次证明了非简并光学参量放大器中的连续变量纠缠在光子-等离子体-光子转换过程后仍然存在。通过控制金属孔阵列的反射光，实验上实现了量子关联的显著增强，与没有这种相干反馈控制的情况相比。这一结果提出了一种有用的技术，以有效地恢复在量子信息处理的等离子体电路中的大量反射损失。
2015-01-06 physics.optics quant-ph
Time-domain topology optimization of power dissipation in dispersive dielectric and plasmonic nanostructures
提出基于密度的时域拓扑优化方案，利用CCPR模型和伴随场方法优化有损色散纳米结构的功率耗散，并在金硅球形颗粒上验证了可见-紫外波段吸收增强。
2024-07-08 physics.comp-ph physics.optics
Mid-infrared-perturbed Molecular Vibrational Signatures in Plasmonic Nanocavities
表面增强拉曼散射（SERS）的最新发展使人们能够在室温下实时观察单键振动。相比之下，中红外（MIR）振动光谱仅限于低效的慢速检测。在这里，我们开发了一种新的方法用于MIR传感使用SERS。该方法利用箔上纳米颗粒（NPoF）纳米腔，其在由单层分子形成的相同纳米间隙中支持可见光和MIR等离子体热点。来自单个NPoF纳米腔的分子SERS信号在MIR光子的存在下被调制。这种调制的强度取决于MIR波长，并且在置于箔下的SiO $_2$或聚苯乙烯的6 - 12 $μ$ m吸收带处最大化。使用单光子锁定检测方案，我们在几个100 ns的信号的上升和衰减的时间解决。我们的观察表明，声子共振的SiO $_2$可以捕获强烈的MIR表面等离子体在Reststrahlen带，调谐可见光波长的局部等离子体通过可逆地扰动纳米结构的裂缝。这为光力学耦合纳米级键振动提供了新的方法，有可能将检测极限降低到单光子和单分子范围。
2021-08-23 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Plasmonic Photochemistry as a Tool to Prepare Metallic Nanopores with Controlled Diameter
本文提出利用等离激元光化学效应制备孔径可调的金属纳米孔，通过白光诱导金属环内电磁场增强实现位点选择性金属生长，成功将孔径缩小至4纳米，并展示了其在单分子与单颗粒检测中的优越性能。
2023-02-12 physics.app-ph physics.optics
Bayesian Optimization for Practical H2 Sensors: Inverse Design of Pd-based Plasmonic Metasurfaces
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）；Vrije Universiteit Amsterdam（阿姆斯特丹自由大学）
本文开发基于贝叶斯优化的逆设计框架，结合第一性原理与电磁模拟，在五维设计空间中优化PdAu纳米盘超表面，实现1至100 mbar范围的高效氢气传感，为多目标传感器设计提供路径。
2026-08-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Maximizing nanoparticle light absorption: size, geometry, and a prospect for metal alloys
本文通过分解光与纳米颗粒的相互作用，揭示辐射阻尼是决定最佳光学损耗的关键，并提出利用合金化灵活调控损耗，从而显著提升等离激元纳米颗粒的光吸收性能。
2025-02-06 physics.app-ph physics.optics
Plasmonic Metal Oxide Nanocrystals as Building Blocks for Infrared Metasurfaces
本研究借助实验与仿真方法，探究自组装等离子体金属氧化物纳米晶体超材料的光学特性机制，利用其宽频近零介电响应等特性设计出可调红外完美吸收器，为红外光学组件设计提供广阔空间。
2024-09-23 physics.app-ph physics.optics
