Nanolaser and logic gates on carbon nanotubes
本文构建碳纳米管上纳米激光器与逻辑门的理论模型，验证其相干等离激元产生机制，提出的NOT、OR等离激元逻辑门构成二进制逻辑完备基，可用于电信频段等离激元电路。
2025-11-17 physics.optics
Magnetic plasmonic Metamaterials in actively pumped Host Medium and Plasmonic Nanolaser
我们认为等离子体纳米天线沉浸在活跃的主机介质。特定形状的金属纳米天线由于磁等离子体共振（MPR）的激发而在光谱范围内表现出强磁性。一种情况下，当超材料包括这样的纳米天线可以证明“左手”和负磁导率在光学范围内被认为是。我们表明，高损耗预测的光学“左手”材料可以补偿增益介质。在这种磁活性超材料中实现本地生成所需的增益计算真实的金属。我们提出了等离子体纳米激光器，其中金属纳米天线像谐振器一样工作。所提出的等离子体激元激光器的尺寸比波长小得多。因此，它可以作为一个非常紧凑的电磁辐射源。
2006-11-14 physics.atom-ph physics.optics
Plasmonic Nanolasers Without Cavity, Threshold and Diffraction Limit using Stopped Light
我们提出了一种等离子体波导，其中光脉冲停止在良好访问的复频率零群速度点。在这些点上引入增益导致无腔，“无阈值”纳米激光器通过一种新的，停止光锁模机制击败衍射极限。
2013-01-25 cond-mat.mes-hall physics.optics
Single-crystalline aluminum film for ultraviolet plasmonic nanolasers
等离子体激元装置在过去十年中已经显著进步。等离子体纳米激光器作为一种新型的激光器件，在生物医学、化学传感器、信息技术、光集成电路等领域发挥着重要的作用。然而，纳米等离子体器件，特别是在紫外区，是非常敏感的金属和界面质量，这使得紫外等离子体的发展。在这里，通过解决材料问题，我们展示了一个低阈值，高特征温度的金属氧化物半导体ZnO纳米激光器在室温下工作。ZnO纳米线的模板由分子束外延生长的平坦单晶铝膜和原子层沉积制备的超光滑Al2O3间隔层组成。高质量的金属薄膜和层间尖锐的界面有效降低了表面等离子体散射损耗和金属本征吸收损耗，提高了器件性能。我们的工作为紫外等离子体纳米激光器和相关器件的未来应用铺平了道路。
2015-05-21 cond-mat.mes-hall physics.optics
Ultrafast dynamics of surface plasmon nanolasers with quantum coherence and external plasmonic feedback
Spasers已被理论预测和实验观察，并有望提供新的令人兴奋的纳米光子和生物医学应用。本文从理论上研究了具有外等离子体反馈的超快激光的动力学性质。我们认为spaser作为一个纳米级的源和等离子体激元，可用于设计新的纳米成像和传感技术的检测器。我们表明，与传统的激光器，spasers是敏感的外部反馈。然而，与激光器不同，spasers具有更快的弛豫动力学，可用于开发新的超灵敏近场成像技术。我们研究了Spaser弛豫振荡对反馈参数的依赖性，并表明量子相干性可以用来增加反馈的灵敏度。
2014-10-10 physics.optics
Ultrasmall InGa(As)P dielectric and plasmonic nanolasers
纳米激光器作为片上光源和光学条形码颗粒具有巨大的潜力。我们展示了超小型InGaP和InGaAsP盘激光器的直径下降到360 nm（198 nm的高度）在红色光谱范围内。光泵，室温下，单模激光实现了从两个盘柱和孤立的粒子。当孤立的磁盘放在金，等离子体极化激元激光与Purcell增强受激发射。UV光刻和等离子体灰化使得能够在晶片级上制造具有预期随机尺寸变化的纳米盘。二氧化硅包覆的纳米盘颗粒从生物细胞内产生稳定的亚纳米光谱，带宽为80 nm，从635 nm到715 nm。
2022-12-26 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
Emission dynamics and spectrum of a nanoshell-based plasmonic nanolaser spaser
该研究建立增益—金属耦合含时模型，分析纳米壳 spaser 的阈值、瞬态与稳态动力学及光谱，揭示多频发射、强频移和单侧不对称发射，并证明可通过纵横比在可见光范围调谐。
2025-10-04 physics.optics
Plasmonic lasing of nanocavity embedding in metallic nanoantenna array
等离子体纳米激光器具有双激光阈值，特别是那些所有三个维度都是真正亚波长的设备。由于亚波长纳米腔的局域光场和传播光之间的动量失配，低的光泵浦效率是导致阈值的另一个重要原因，但通常总是被忽略。基于腔嵌入式纳米天线阵列设计，我们展示了一种室温低阈值等离子体纳米激光器，该激光器具有鲁棒性、可重复性和易于使用化学模板光刻法制造。该器件的模体积为~0.22（λ/2n）3（λ为谐振波长，n为折射率），激光阈值为~2.70MW/mm ~ 2。详细研究了纳米天线阵列的激射偏振特性和作用。我们的工作提供了一种新的策略，以实现在生物传感和信息技术的应用感兴趣的室温低阈值等离子体纳米激光器。
2014-12-05 physics.optics
High bandwidth waveguide-integrated plasmonic germanium photodetector
在这里，我们提出了一个波导集成锗等离子体探测器，是基于长距离介质加载的表面等离子体极化激元波导配置。由于这种配置确保了长的传播距离，即，进入金属的小吸收和良好的模场限制，即，由于电场与锗材料的高度相互作用，其对于实现等离子体锗光电探测器是完美的。这种光电探测器即使没有优化，对于1310 nm和1550 nm的两个波长也提供超过1A/W的响应度。为了实现这样的响应度，对于1310 nm仅需要5 μ m长的波导，对于1550 nm仅需要30 μ m长的波导。通过优化，该值可以大大提高。在所提出的布置中，金属条同时支持传播模式并用作电极之一，而第二电极位于距波导的短距离处。由于传播模式被紧密地限制在锗脊上，因此外部电极可以非常靠近波导放置而不会干扰波导。因此，电极之间的距离可以小于350 nm，这允许实现超过100 GHz的带宽。然而，由于大多数载流子产生在距离条带100 nm的距离内，因此对于-4 V的偏置电压可以实现超过150 GHz的带宽。
2019-05-28 physics.app-ph physics.optics
Half-wave plasmonic nanolasers near the localization limit
Harvard Medical School（哈佛医学院）；Massachusetts General Hospital（麻省总医院）；Rice University（莱斯大学）；Harvard-MIT Health Sciences and Technology（哈佛-麻省理工学院健康科学与技术）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
研究在超光滑金衬底上用高增益磷化铟纳米颗粒实现接近表面等离子体共振的半波模式激光，通过模拟估计最小激光粒子尺寸，观察不同粒子的激光特性，推动激光小型化至等离子体局域极限。
2026-07-07 physics.optics
Tamm Plasmon--Enhanced Widely Tunable Near-Infrared Nanolaser with Superior Efficiency and Output Power
Bangladesh University of Engineering and Technology（孟加拉国工程与技术大学）；BRAC University（布拉格大学）；University of Alberta（阿尔伯塔大学）
利用Tamm等离子体共振和双DBR反馈，实现宽调谐近红外纳米激光器，具有高效率、高输出功率和低损耗特性。
2026-01-02 physics.app-ph physics.optics
Plasmonic waveguide-integrated nanowire laser
下一代光电子器件和光子电路将必须结合芯片上兼容的纳米激光源。半导体纳米线激光器已经成为集成系统的强有力的候选者，其应用范围从超灵敏传感到数据通信技术。尽管在其基本方面取得了重大进展，但可扩展光子电路内的集成仍然具有挑战性。在这里，我们报告的实现混合光子器件的纳米线激光器集成与晶圆级光刻设计的V型槽等离子体激元波导。我们目前的实验证据的激光发射和耦合到V型槽的传播模式，使芯片上的路由相干和子衍射限制光与室温操作。理论上的考虑表明，所观察到的激光是由波导混合光子等离子体激元模式。这项工作是实现面向应用的集成纳米激光源的光子电路的一个重大进展。
2018-08-22 physics.optics
Optical Activation of Germanium Plasmonic Antennas in the Mid Infrared
飞秒近红外脉冲带间激发在硅衬底上制造的本征锗结构中建立了等离子体响应。这种直接的方法激活了Ge结构的等离子体共振，并使它们能够用作中红外光谱范围的光学天线。光开关持续数百皮秒，直到电荷复合使等离子体频率红移。的结构的全部行为建模的电动力学响应所建立的电子空穴等离子体在一个规则的天线阵列。
2016-06-10 cond-mat.mes-hall physics.optics
Magnetic on-off switching of a plasmonic laser
表面等离子体激元的纳米模体积已经使等离子体激元激光器和凝聚体具有超快操作。大多数等离子体激光器基于贵金属，使光学模式结构对外部场呈惰性。在这里，我们展示了主动磁场控制激光在Co/Pt多层纳米点的周期性阵列浸没在IR-140染料溶液。我们利用纳米粒子的磁性结合模式剪裁来控制激光作用。在圆极化激发下，角分辨光致发光测量揭示了纳米点磁化反转时激光作用和非激光发射之间的转变。我们的研究结果引入磁化作为外部控制等离子体纳米激光器的一种手段，与通过激励、增益介质或衬底的调制互补。此外，结果显示了如何在激光机制中观察到磁化对固有微弱的光的影响，激发了拓扑光子学的研究。
2021-08-30 physics.app-ph physics.optics
Unidirectional single-photon emission from germanium-vacancy zero-phonon lines: Deterministic emitter-waveguide interfacing at plasmonic hot spots
为了实现纳米级的固态单光子源，我们研究了基于单晶纳米金刚石（ND）中孤立的单个锗空位（GeV）中心的类原子量子发射体。低温表征表明，与大块金刚石中的GeV中心相比，其基态的能量分裂增强高达6倍（即，在高应变ND中高达870 GHz，而在体中为150 GHz）。利用光刻对准技术，我们展示了一个集成的纳米光子平台，用于确定性接口等离子体激元波导与隔离GeV中心的ND，使单光子衰减率的10倍增强，以及通过明智地设计和定位布拉格反射器的发射方向控制。这种方法允许人们实现从单光子偶极源的单向发射，引入了一种新的方法，该方法是基于手性相互作用或拓扑保护的传播方向相关的技术的替代。所开发的基于等离子体激元的纳米光子平台由此为量子纳米光子学开辟了新的前景，特别是实现单光子和自旋量子比特之间的纠缠。
2019-03-13 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Analysis and design of a Germanium multi-quantum well metal strip nanocavity plasmon laser
为了实现电泵浦等离子体激元纳米激光器，最近提出了几种结构、材料和方法。然而，要找到一个可靠的适合商业等离子体集成电路的片上等离子体源还有很长的路要走。本文提出了一种新的波导集成纳米腔等离子体激元激光器，用于1550 nm自由空间波长。由于金属条结构引起的场约束效应以及等离子体激元模与锗量子阱的强相互作用，使得该结构的Purcell因子高达291，因此该结构具有显著的输出性能。使用半经典速率方程结合有限差分时域（FDTD）腔模式分析，输出性能的措施进行了估计和确认相对于各种物理模型和仿真工具。模拟结果表明，在注入电流为10uA时，该结构的输出功率为2.8uW，在阈值泵浦电流为27mA时，输出功率为4.16mW，同时在178GHz的宽调制带宽内保持了其性能。
2019-03-19 physics.app-ph physics.optics
On-chip excitation of single germanium-vacancies in nanodiamonds embedded in plasmonic waveguides
量子发射器在纳米级等离子体电路中的单片集成需要能够将光限制在远低于衍射极限的低损耗等离子体配置。我们展示了在芯片上远程激发纳米金刚石嵌入单量子发射器的等离子体模式的电介质脊顶部胶体银晶体。纳米金刚石被生产为包含单个锗空位（GeV）中心，提供适用于高度集成电路的明亮、光谱窄且稳定的单光子源。使用电子束光刻与氢硅倍半氧烷（HSQ）抗蚀剂，介电负载的表面等离子体激元波导（DLSPPWs）制造的单晶银板，以便包含那些被发现具有适当的单GeV中心的旋转铸造的纳米金刚石。低损耗等离子体配置使得532 nm泵浦激光能够在DLSPPW中在芯片上传播，并到达嵌入式纳米金刚石，其中包含单个GeV中心。远程GeV发射极由此被激发并耦合到空间受限的DLSPPW模式，由于约6倍的Purcell增强，约56%的耦合效率和约33 μm的传输长度，具有出色的品质因数180，揭示了我们的方法在芯片上实现纳米级功能量子器件的潜力。
2018-01-30 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Luminescence on the horseshoe nanolaser
我们考虑了以纳米尺寸马蹄铁形式排列在有源电介质表面的层中的一组有序开口环银谐振器。马蹄形谐振腔的尺寸远小于入射光的波长。等离子体纳米谐振器从活性介质中获取能量，可以作为纳米激光器工作。我们表明，纳米激光泵浦应被视为一个随机的外力，因为在活性介质中的光子吸收的非相干量子力学过程。浸没在活性介质中的等离子体激元纳米谐振器的操作是对随机力作用的响应。找到了发光线，并预测了当活性介质反转增加到阈值时发光线向激光光谱的演化。通过改变马蹄铁的尺寸和形状，可以方便地调节马蹄铁的共振行为。结果与全量子力学模拟进行了比较。
2013-01-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
Hysteresis assisted narrowband resonances in a chain of nonlinear plasmonic arrays
呈现窄带共振（NBR）的等离子体结构对于各种应用具有极大的兴趣。我们建议使用的非线性纳米谐振器的一维系统中的滞后行为，以实现NRB的非线性是由与纳米谐振器（纳米激光器/spaser配置）耦合的两级量子系统的饱和提供。量子点（QD）被假定为量子系统，其数值参数已被用于估计。损耗补偿对NBR质量的作用示出为低于（补偿下）和高于阈值（产生spasers）操作模式。幅度和相位检测方案的前瞻性实验实现比较使用开发的模型。可能的传感器为导向的应用所提出的系统进行了讨论。
2014-08-05 physics.optics
Longwave infrared multispectral image sensor system using aluminum-germanium plasmonic filter arrays
University of Melbourne（墨尔本大学）
多光谱照相机记录电磁光谱中各种波长的图像数据，以获取常规照相机无法捕获的附加信息。随着高分辨率图像传感器和滤色器技术的出现，可见光波段的多光谱成像仪在过去十年中变得越来越受欢迎，商业可行性也越来越高。然而，长波红外（LWIR：8至14微米）的多光谱成像仍然是一个新兴的领域，由于光学材料，滤波器技术和高分辨率传感器的有限可用性。来自长波红外多光谱相机的图像可以捕获物体的发射光谱，以提取人眼无法捕获的额外信息，因此在精确农业，林业，医学和物体识别中具有重要的应用。在这项工作中，我们实验证明了一个LWIR多光谱图像传感器与三个波段使用的光学元件制成的铝基等离子体滤波器阵列夹在锗。为了实现多光谱传感器，滤波器阵列然后被集成到堆叠在低分辨率单色热传感器上的3D打印轮中。我们的原型设备使用黑体进行校准，其热输出已与计算机视觉方法增强。通过应用最先进的深度学习方法，我们还将多光谱图像重建为更好的空间分辨率。科学上，我们的工作展示了一种多功能的光谱热成像技术，用于检测长波红外范围内的目标特征和其他先进的光谱分析。
2023-03-03 cs.LG eess.IV physics.app-ph
Lasing in an Assembled Array of Silver Nanocubes
本文提出利用银纳米立方体胶体组装实现基于表面晶格共振的等离激元纳米激光器，在非完美排列下仍实现低阈值、窄线宽激光发射，可大规模集成于诊断、光子电路和光通信。
2024-12-17 physics.optics
Few-emitter lasing in single ultra-small nanocavities
激光在信息存储、处理、通信、传感、生物研究和医学应用中无处不在[1]。为了减少它们的能量和材料使用，一个关键的探索是将激光器降低到纳米腔[2]。获得最小的模式体积需要等离子体纳米腔，但对于这些，增益仅来自单个或几个发射器。到目前为止，由于低增益和高腔体损耗，这种器件中的激光是无法获得的[3]。在这里，我们展示了一个等离子体纳米激光接近单分子发射区制度。激光跃迁显著加宽，并且取决于分子的数量和它们各自的位置。我们证明了这可以通过发展一种理论方法[4]来理解，该方法扩展了以前的弱耦合理论[5]。我们的工作为开发纳米激光应用铺平了道路[2，6，7]以及在少数发射器限制下的基础研究[5，8，9]。
2021-07-29 cond-mat.mes-hall physics.optics
Controlling collective spontaneous emission with plasmonic waveguides
我们展示了一个等离子体激元的路线来控制集体自发发射的二能级量子发射。超辐射和亚辐射效应的观察距离相当于等离子体纳米通道内的工作波长。这些等离子体激元波导可以在其截止频率下提供有效的ε近零操作，并且在较高频率下提供法布里-珀罗谐振。相关的等离子体共振模式被发现有效地提高建设性（超辐射）或破坏性（亚辐射）位于波导内的不同的量子发射器之间的干涉。通过增加位于伸长的等离子体激元通道中的发射器的数量，超辐射效应在ε近零操作下增强，导致集体自发发射率的强相干增加。此外，可以改变相邻发射器之间的间隔距离及其发射波长，以动态地控制等离子体系统的集体发射性质。量子超辐射模和量子次辐射模之间的动态变化在量子比特的量子纠缠、低阈值纳米激光器和高效传感器等方面有着广阔的应用前景。
2016-10-24 physics.optics
Vibrationally Induced Resonances in Lasing
University of Turku（图尔库大学）；TU Wien（维也纳工业大学）
研究通过振动结构对激光共振的影响，揭示了振动能级与激光强度之间的关系，挑战了传统非相干驱动近似，并为分子尺度纳米激光器的理解奠定基础。
2026-04-01 physics.optics quant-ph
Non-obstructive intracellular nanolasers
纳米光子物体，如等离子体纳米粒子和胶体量子点，可以补充生物医学光学中分子染料的功能。然而，它们的操作通常由自发过程支配，这导致宽光谱特征和有限的信噪比，从而限制了光谱复用和感测的机会。激光提供了最终的光谱清晰度和背景抑制，最近已经证明了它们与细胞的集成。然而，激光器的尺寸和阈值仍然存在问题。在这里，我们报告的设计，高通量制造和细胞内集成的半导体纳米盘激光器。通过利用GaInP/AlGaInP量子阱的大光学增益和高折射率，我们获得了体积比真核细胞核小1000倍的激光器（$V_{laser}$ <0.1 $μ$ m $^3$），激光阈值比双光子显微镜中通常使用的脉冲能量低500倍（$E_{th} \approx $ 0.13 pJ），并且具有优异的光谱稳定性（<50 pm波长偏移）。使用这些激光进行多重标记可以通过微孔跟踪细胞，从而为研究细胞迁移和癌症侵袭提供了强大的工具。
2018-06-08 physics.bio-ph physics.optics
Record Performance of Electrical Injection Sub-wavelength Metallic-Cavity Semiconductor Lasers at Room Temperature
亚波长尺寸的金属腔激光器或等离子体纳米激光器近年来引起了极大的关注，其最终目标是实现电注入下的连续波（CW）、室温（RT）操作。尽管作出了巨大努力，但要最终令人信服地证明这一目标仍然是一项艰巨的任务。通过克服这种小规模器件的严格要求所带来的几个制造挑战，我们终于能够实现这一最终目标。我们的金属纳米激光器具有0.67λ3（λ=1591 nm）的腔体积，在RT下显示出0.5 nm的线宽，与腔Q的235相比，其对应于3182的Q值，这是任何亚波长激光器的RT CW操作的激射条件下的最高Q。这样的记录性能提供了令人信服的证据，RT CW金属纳米激光器的可行性，从而打开了广泛的实用可能性的新型纳米光子器件的基础上的金属-半导体结构。
2013-05-28 physics.optics
Coherent Controllable Transport of a Surface Plasmon Coupled to Plasmonic Waveguide with a Metal Nano Particle-Semiconductor Quantum Dot Hybrid System
利用实空间方法，研究了一维表面等离子体波导中半导体量子点和金属纳米粒子组成的混合纳米系统与单个等离子体相互作用时的开关现象.我们讨论了激子和局域表面等离子体激元之间的偶极耦合导致混合激子的形成，并且可以通过改变SQD和MNP之间的颗粒间距离和纳米颗粒的尺寸来控制传播的单个等离子体激元的透射和反射。利用这种纳米系统对单表面等离子体的可控输运，将在等离子体开关、单光子晶体管、纳米激光器和量子信息等新一代量子器件的设计中具有重要的应用前景。
2015-12-12 cond-mat.mes-hall physics.optics
Optical characterization of size- and substrate-dependent performance of ultraviolet hybrid plasmonic nanowire lasers
本文通过单纳米线光学表征与高通量PL光谱，研究Ag、Al衬底上ZnO纳米线紫外混合等离激元激光器，揭示衬底色散与纳米线直径对激子-表面等离激元耦合及器件性能的调控作用。
2024-05-08 physics.optics
Design of a Monopole Antenna Based Resonant Nanocavity for Detection of Optical Power from Hybrid Plasmonic Waveguides
提出了一种新型的等离子体波导耦合纳米腔与一个天线的混合等离子体波导本地化的光功率，并随后将其转换为电流。纳米腔被设计为法布里-珀罗波导谐振器，而微带天线由直接安装在波导终端的金属部分上的金属纳米棒制成，该金属部分充当导电接地。纳米腔与夹在天线和地面之间的天线馈电重合。来自波导的最大功率可以通过天线中以及纳米腔中的场谐振耦合到纳米腔中并在纳米腔中被吸收。模拟结果表明，在体积为220 × 150 × 60 nm $^3$的锗填充纳米腔中，可以吸收42%的光功率。该设计可以在纳米级光探测、亚波长光聚焦和操纵以及传感方面找到应用。
2013-12-31 cond-mat.mes-hall physics.optics
Low-Power consumption Franz-Keldysh effect plasmonic modulator
本文报道了一种基于硅基锗Franz-Keldysh效应的低能耗CMOS兼容等离子体激元调制器。我们进行了集成的电光模拟，以优化调制器的主要特性。在工作波长为1647 $nm$、偏置电压为3 $V$的情况下，30 $μm$长的调制器的消光比为3.3 $dB$.估计能耗低至20 $fJ/bit$。
2022-07-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Ultra-compact plasmonic modulator for optical inteconnects
本工作旨在设计一种等离子体辅助的CMOS兼容、低功耗调制器。为了紧凑和减少电力消耗，选择基于锗中的Franz-Keldysh效应的电吸收用于调制。它包括在施加静态电场的情况下带边附近材料的吸收系数的变化，因此产生光强度的直接调制。等离子体激元的使用允许由于高场限制而增强电光效应。开发了一个集成的电光模拟工具，用于设计和优化调制器。所设计的等离子体激元调制器具有3.3dB的消光比，具有13.2dB的插入损耗和低至20 fJ/比特的电功率消耗，即针对硅光子调制器所报道的最低电功率消耗。还通过优化的Si-Ge锥形设计了与标准硅波导的输入和输出耦合，将每个耦合器的耦合损耗降低到仅1 dB。此外，还进行了实验研究，试图将最大值在1650 nm处的Franz-Keldysh效应移到接近1.55 μm的较低波长，以用于通信应用。
2022-07-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Design and Analysis of Plasmonic-Nanorod-Enhanced Lead-Free Inorganic Perovskite/Silicon Heterojunction Tandem Solar Cell Exceeding the Shockley-Queisser Limit
本研究设计了一种以CsSnGeI₃为顶电池吸收层、c-Si为底电池吸收层的全无机无铅硅异质结叠层太阳能电池，集成锑化镓辅助吸收层与金纳米棒等离子体结构，模拟实现34.93%的效率，超越单结硅电池的Shockley-Queisser极限，为高效无毒光伏器件提供参考。
2025-07-30 physics.optics
