Mode conversion enhancement between silicon micro-slab and plasmonic nano-gap waveguides
研究了一种短的（~1.5μm）部分波纹锥形波导结构，用于光通信频率下硅微平板与等离子体纳米间隙波导的模式耦合。超过80%的传输效率是第一次报道数字。结果表明，波纹波导结构不仅有助于实现全片上硅等离子体器件，而且是增强介质波导到等离子体波导模式耦合的一种很好的选择。同时，我们指出，这里报道的耦合机制是不同的，通过激发表面等离子体激元极化（SPPs）在金属表面的报道[17]和[18]。
2013-04-01 physics.optics
Plasmonic waveguides with hyperbolic multilayer cladding
具有各向异性光学色散的工程等离子体超材料使我们能够定制基于超材料的波导的特性。我们研究了具有双曲色散的介质芯和多层金属-介质包层的等离子体波导。不使用任何均匀化，我们计算的谐振本征模的有限宽度的包层，并发现协议的包层波导的色散的谐振功能。我们表明，在谐振宽度，波导的传播模式耦合到包层本征模，因此，被强烈吸收。通过在实际波导的设计中避免谐振宽度，可以消除强吸收。
2014-11-14 physics.optics
Dirac Phase interferometer in a plasmonic waveguide
通过将金属波导中的等离子体波看作传播的电偶极子和磁偶极子，我们证明了根据量子力学定律，当它们在有静态磁场的空间中传播时，会获得附加相位。这种新效应在物理上不同于传统的磁等离子现象，并且在常规实验条件下足以观察到它。
2015-05-28 physics.optics
The Fano Signature in the Optical Response of a Waveguide-excited Compound Plasmonic Nanoantenna
虽然长距离传播等离子体已经被广泛研究用于实现片上光学感测平台，但基于波导激发的局部表面等离子体共振（LSPR）的感测系统尚未受到太多关注。波导激发和读出作为基于自由空间光的单粒子光谱学的替代方案对于高通量传感和芯片上药物发现平台特别有吸引力。在这里，我们提出了一个数值研究的光学响应的波导激发的等离子体穴形复合纳米天线，表现出法诺签名在其光谱响应。虽然只倏逝耦合到波导，复合纳米天线被认为是诱导高对比度消光的波导的透射光谱。这里提出的复合等离子体纳米天线配置在具有高通量能力的混合光子-等离子体传感方法中是感兴趣的。
2017-10-16 physics.optics
Effective electro-optic modulation in low-loss graphene-plasmonic slot waveguides
表面等离子体激元使光集中在亚波长区域内，从而打开了新的途径，使设备和加强光与物质的相互作用。在这里，我们实现了有效的电光调制的低损耗等离子体波导与石墨烯的帮助下，和设备完全集成在绝缘体上硅平台。通过有利地利用低损耗等离子体激元槽波导模式，其微弱地泄漏到衬底中，同时在金属中的两层石墨烯覆盖的槽内具有强场，我们成功地实现了我们制造的具有极低插入损耗的石墨烯-等离子体激元波导器件的0.13 dB/um的可调谐性，这优于先前报道的石墨烯-等离子体激元器件。我们的研究结果突出了石墨烯等离子体激元漏模混合波导实现用于光电应用的有源超紧凑器件的潜力。
2017-09-12 physics.optics
Magnetized spiral chains of plasmonic ellipsoids for one-way optical waveguides
当等离子体纳米粒子的线性链受到纵向磁场的作用时，它表现出光学法拉第旋转。如果磁化的纳米颗粒是排列为螺旋链的等离子体椭球体，则法拉第旋转和几何螺旋旋转（结构手性）之间的相互作用可以强烈地增强非互易性。这种相互作用形成了一个波导，它只允许在四个不相交的频带内单向传播;每个方向两个频带。
2010-11-14 physics.optics
Ultracompact plasmonic racetrack resonators in metal-insulator-metal waveguides
在各种等离子体波导中，金属-绝缘体-金属（MIM）型是最有希望实现真正亚波长光子集成的波导。迄今为止，已经研究了许多基于MIM波导的光子器件，包括谐振器。然而，大多数已报道的MIM环形谐振器都存在消光比低的问题。本文全面分析了MIM环形谐振器性能低下的内在原因，给出了具有耦合损耗的通用全通环形谐振器的解析传输关系。基于分析，我们提出了MIM波导中的等离子体激元跑道谐振器，并表明其性能可以大大提高。
2010-04-09 physics.optics
Movable Fiber-Integrated Hybrid Plasmonic Waveguide on Metal Film
提出并分析了一种由金属薄膜上的锥形波导组成的波导结构，以支持高度局域化的混合等离子体模式。基于绝热转换原理的同轴锥形光纤可以有效地激发混合等离子体激元模，并将混合等离子体激元模收集在同一根光纤中，这在实验中非常方便。由于等离子体激元模的极小模面积，在这种可移动波导中，局部电磁场大大增强，这对于增强相干光发射体相互作用，如波导量子电动力学、单发射体光谱和非线性光学具有潜在的应用价值。
2011-04-21 physics.optics
Quantum entanglement in plasmonic waveguides with near-zero mode indices
研究了近零模折射率等离子体波导中两个量子点之间的量子纠缠，考虑了纠缠度与量子点间距、量子点-波导频率失谐量和耦合强度比的关系.由于模折射率接近于零，在很宽的点间距范围内实现了高并发，这大大放松了传统介质波导或金属纳米线对点间距的严格要求。这种在模式截止频率附近沿波导方向相位变化接近零的量子点-波导系统在量子光学和量子信息处理方面显示出了很好的应用前景。
2013-10-10 physics.optics
Switchable plasmonic routers controlled by external magnetic fields by using magneto-plasmonic waveguides
我们分析和数值研究磁等离子体在金属薄膜包围的铁磁介质。在使用厚度超过趋肤深度的金属膜的这种波导中，横向方向上的外部磁场可以引起模式分布的显著空间不对称性。奇数和偶数非对称模式在一定距离上的叠加导致能量集中在一个界面上，该界面通过磁场反转切换到另一个界面。所需的磁化强度的大小随金属膜厚度的增加而呈指数减小。基于这一现象，我们提出了一种波导集成磁控开关等离子体路由器与99%的高对比度内的光带宽的几十太赫兹。该配置还可以作为磁等离子体激元调制器操作。
2018-07-17 physics.optics
Electric field enhancement with plasmonic colloidal nanoantennas excited by a silicon nitride waveguide
我们研究了CMOS兼容的光学结构开发新型集成光谱系统的可行性。我们表明，利用等离子体纳米球的二聚体可以实现局部场增强，所述等离子体纳米球可以从CMOS兼容的光波导顶部的胶体溶液组装。共振二聚体纳米天线被激发的集成氮化硅波导中引导的模式。模拟结果表明，100倍的电场增强建立在二聚体间隙相比，波导倏逝场振幅在相同的位置。我们研究了场增强如何依赖于二聚体的位置，取向，距离和激发波导模式。
2016-02-16 physics.optics
Broadband light coupling to dielectric slot waveguides with tapered plasmonic nanoantennas
我们提出并理论验证了一种有效的机制，入射光和片上介质缝隙波导之间的宽带耦合，采用锥形等离子体纳米天线。纳米天线接收自由空间辐射并将其耦合到介电缝隙波导，在宽光谱范围内效率高达20%，与目前使用的窄带介电光栅耦合器相比具有小的占地面积。我们认为，这样的纳米天线的频率选择特性也允许使用它们作为超小型芯片上的多路复用器/解复用器设备。
2013-08-23 physics.optics
Avoiding metallic walls: Use of modal superposition in plasmonic waveguides to reduce propagation loss
我们从理论上探讨了减少金属-绝缘体-金属（MIM）波导中的传播损耗的可能性，使用模式组合来实现沿一定传播长度的避壁场分布。我们提出了几个波导显示显着的损失减少的分析结果，我们讨论了在这种技术中存在的低损耗和高限制之间的权衡。
2011-10-07 physics.optics
Second-harmonic generation in plasmonic waveguides with nonlocal response and electron spill-out
等离子体波导提供了一个集成平台，以开发高效的纳米超快光子器件。描述等离子体波导中的非线性光学现象的理论模型通常只包含体非线性，而由金属成分引起的非线性仍然未被探索。在这项工作中，我们提出了一种方法，使一个广义的治疗存在于等离子体波导的非线性，并使用它来计算二次谐波产生的自由电子通过流体动力学非局部描述。作为我们的方法的一般应用，我们还考虑了电子溢出的量子流体力学理论所产生的非线性。我们的研究结果可能会发现在设计和分析的集成光子平台的非线性光学纳入各种非线性材料，如重杂质半导体的中红外应用的适用性。
2022-02-07 physics.optics
Direct characterization of plasmonic slot waveguides and nanocouplers
我们演示了使用振幅和相位分辨近场映射直接表征等离子体波导槽模式的传播和激发与纳米耦合器在电信波长范围内。我们测量模式的传播长度，有效折射率和场分布，并直接评估各种耦合器配置的相对耦合效率。我们报告26倍和15倍的改进，在耦合效率与两个串联连接的偶极和修改领结天线，分别相比，短路波导终端。
2016-09-20 physics.optics
Transmission of a Single Plasmon Interacting with Multi-Level Quantum Dots Systems Coupled to Plasmonic Waveguide
本文从理论上研究了单等离子体激元与二能级量子点和V型三能级量子点相互作用系统的传输特性。我们研究了单个等离子体激元在包含V型三能级量子点的系统中的传输，并与仅包含二能级量子点的系统进行了比较。
2015-07-23 physics.optics
Nanoscale Plasmonic Slot Waveguides for Enhanced Raman Spectroscopy
我们从理论上研究了几种类型的等离子体缝隙波导用于增强拉曼光谱中的测量信号，这是电场和Purcell因子增强的结果，以及光-物质相互作用体积和拉曼信号收集效率的增加。提出了一种直观的方法来计算累积的拉曼增强因子的一个合奏的分子在波导传感，利用分析光子格林函数展开的波导正常模式，我们结合这与量子光学形式主义的分子波导相互作用模型拉曼散射。我们随后展示了集成等离子体缝隙波导如何获得显著更高的拉曼增强因子：$\sim$ 5.3 $\times$与光流体光纤的比较以及$\sim$ 3.7 $\times$与平面集成电介质波导的比较，其中装置尺寸和因此分析物体积为至少三-我们还基于重要的品质因数提供了不同类型的等离子体缝隙波导之间的全面比较，并确定最佳方法以最大化拉曼增强。
2018-06-15 physics.optics
Three-dimensional negative index of refraction at optical frequencies by coupling plasmonic waveguides
我们确定了一条路线，实现负折射率在光学频率的基础上耦合等离子体波导，支持向后波。我们展示了如何利用金属-介质波导对中的模态对称性来实现相位和能量的负折射。通过适当地控制相邻波导之间的耦合，可以在400 nm的自由空间波长处实现由表现出-1的各向同性折射率的一维多层堆叠组成的超材料。这里开发的一般概念可能会激发新的低损耗超材料设计接近金属等离子体频率。
2010-05-04 physics.optics
Extrinsic spin angular momentum carried by plasmonic vortex in terahertz cylindrical corrugated waveguide
携带轨道角动量的电磁表面波称为等离子体涡旋，它也携带源于倏逝场的自旋。在这项研究中，等离子体涡旋的自旋和轨道AM的太赫兹圆柱形波纹波导（CCW）进行了分析。我们首次报道了等离子体涡旋的非本征自旋AM。非本征自旋AM是由等离子体涡旋的极化旋转产生的，其旋转轴位于CCW壁附近。非本征自旋AM取决于内禀轨道AM和CCW的半径。具有足够大的轨道AM的等离子体涡旋携带每个光子的大自旋AM。这种大的非本征自旋AM扩展了自旋AM的自由度，并将应用于各种太赫兹技术。
2021-10-21 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
Design of Highly Efficient Hybrid Si-Au Taper for Dielectric Strip Waveguide to Plasmonic Slot Waveguide Mode Converter
在本文中，我们设计了一个基于混合硅-金锥形的介质-等离子体缝隙波导模式转换器。研究了模式匹配、有效折射率匹配和金属吸收损耗对转换效率的影响。因此，设计了一个总长度为1.7 μ m的金属锥形漏斗耦合器，在1550 nm处实现了93.3%的非常高的转换效率。不允许这种模式转换器，以实现100%的转换效率的配置限制也进行了研究。这种高效率的转换器可以为实现超小型集成电路提供实用的途径。
2015-03-12 physics.optics
Ultra-high Purcell factor using long-range modes in asymmetric plasmonic waveguides
对于集成光学器件，由等离子体提供的优越的波-物质相互作用的实际利用通常受到光学损耗的阻碍，光学损耗随着模体积减小而迅速增加。虽然耦合模等离子体结构已经证明了有效的减轻损失限制权衡，严格的对称性要求，必须强制执行这种减少占上风。在这项工作中，我们报告了一种非对称等离子体激元波导，不仅能够引导亚波长光模式与远程传播，但也不受结构，材料，或模式对称性。在这些复合混合等离子体激元波导（CHPW）中，通过在同一波导内耦合不同的等离子体激元结构所提供的多功能性允许更好的制造容限并且提供更多的设计自由度以同时优化各种设备属性。在这项工作中，用于演示概念的CHPW表现出的传播损耗和模面积分别仅为0.03 dB/μm和0.002 μm^2，相当于迄今为止实验证明的长程等离子体结构中最小的组合。此外，CHPW微环实现了创纪录的输入/输出耦合激发效率（71%），消光比（29 dB），以及Purcell因子（1.5 \times 10 ^4）。
2019-05-17 physics.optics
Observation of the Wannier-Stark ladder in plasmonic waveguide arrays
渐逝耦合波导是研究紧束缚系统中波动力学的一个强有力的平台。在这里，我们调查的表面等离子体激元的传播介质加载的表面等离子体激元波导阵列的传播常数梯度作为一个有效的外部电位。使用泄漏辐射显微镜，我们观察到在实空间中的单站点激发的波包的周期性呼吸和振荡运动的情况下，高斯激发的多个波导。相应的动量分辨谱由等间距的模组成。我们解释这些观察作为等离子体类似物的布洛赫振荡和Wannier-Stark阶梯，分别。
2022-03-18 physics.optics
Epsilon-near-zero plasmonic waveguides to enhance nonlinear coherent light-matter interactions
我们展示了一种在纳米尺度上相干控制光并通过使用ε近零（ENZ）等离子体波导实现相干完美吸收（CPA）的方法。所提出的波导在其截止频率处支持有效的ENZ响应，并且沿着其纳米通道具有强且均匀的场增强。CPA条件在ENZ频率下完全满足，令人惊讶的是，通过亚波长等离子体结构，在具有适当振幅和相位的两个反向传播平面波的照射下产生强CPA。此外，我们研究了所提出的ENZ等离子体配置的非线性响应，因为我们增加了入射波的输入强度。我们证明，CPA现象可以成为强度和相位依赖在这种情况下，导致新的可调谐全光开关和吸收设备。
2020-01-12 physics.optics
Numerical Modeling of a Teeth-shaped Nano-plasmonic Waveguide Filter
本文对金属-绝缘体-金属（MIM）波导中的齿形和多齿形等离子体滤波器进行了数值模拟。通过引入三端口波导分束器，给出了基于多光束干涉和散射矩阵的修正模型。研究了透射谱随齿宽、齿深、周期和周期数的变化规律。结果表明，这种新型结构不仅具有MIM类光栅结构的滤波功能，而且具有亚微米尺寸，便于实现超高集成度和相对容易的制作。
2009-05-19 physics.optics
Real- and Fourier-space observation of the anomalous $π$-mode in Floquet engineered plasmonic waveguide arrays
我们提出了一个联合的实验和理论研究的驱动Su-Schrieffer-Heeger模型实现的阵列的倏逝耦合等离子体激元波导。Floquet理论预测，这个系统主机为合适的驱动频率的拓扑保护的边缘状态，没有对应的静态系统，所谓的异常Floquet拓扑$π$模式。通过使用实空间和傅立叶空间泄漏辐射显微镜与边缘和体激发相结合，我们明确地识别异常Floquet拓扑$π$模式，并研究其频率依赖性。
2022-03-10 physics.optics
Plasmonic finite-thickness metal-semiconductor-metal waveguide as ultra-compact modulator
提出了一种用于光电集成电路的半导体增益材料等离子体激元调制器。我们分析了有限厚度金属-半导体-金属（F-MSM）波导的特性，该波导可用作超紧凑和快速等离子体激元调制器。InP基半导体芯允许对信号传播进行电控制。通过泵浦纤芯，我们可以改变增益水平，从而改变整个系统的透射率。该器件的研究是使用平面二维情况下的解析方法以及有限宽度波导的数值模拟。我们分析了F-MSM波导的本征模、传输常数、限制因子、Purcell因子、吸收系数和消光比。我们表明，使用薄的金属层，而不是厚的，我们可以获得更高的消光比的设备。
2013-08-01 physics.optics
Effects of using different plasmonic metals in metal/dielectric/metal subwavelength waveguides on guided dispersion characteristics
研究了在不同间隙宽度下，两种不同等离子体金属嵌入的亚波长介质狭缝通道中导光的基本色散特性。结果，在低于和高于两种不同等离子体金属的等离子体频率的宽光谱范围内获得了引导色散特性的整体和突出的图片，这是用于分析这种类型的亚波长波导的重要初步信息。特别是，使用两种不同的金属上的导模色散的影响相比，使用相同的等离子体金属包层的效果强调。
2009-04-16 physics.optics
Finite element modeling of spontaneous emission of a quantum emitter at nanoscale proximity to plasmonic waveguides
我们发展了一种自洽有限元方法来研究等离子体波导在纳米尺度附近的自发发射。在该模型中，假设只有一个导模是由量子发射体主导激发的。利用这样一个主导模式假设，等离子体激元波导的截面可以是任意的。我们应用我们的数值方法来计算一个量子发射器的耦合到一个圆柱形纳米线和一个矩形波导，并比较圆柱形纳米线以前的工作有效的准静态近似。耦合到等离子体激元模式的能量的分数可以被精确地计算，其可以用于确定量子发射器的单个光学等离子体激元产生效率。对于金纳米线，我们观察到的协议与准静态近似的半径低于20 nm，但对于更大的半径的总衰减率高达10倍大。对于矩形波导，我们估计自发发射因子β的最佳值高达80%。
2009-09-26 physics.optics
Tooth-shaped plasmonic waveguide filters with nanometeric sizes
提出了一种新型的齿形金属-绝缘体-金属波导中的纳米等离子体滤波器，并进行了数值模拟。给出了基于散射矩阵法的分析模型。结果表明，单齿形滤波器具有波长滤波特性和一个超紧凑的尺寸在几百纳米的长度相比，光栅状的表面等离子体滤波器。分析和仿真结果均表明，该传动槽的波长与齿高和齿宽分别呈线性和非线性关系。该波导滤波器可用于研制高集成度的超小型光子滤波器。
2009-02-09 physics.optics
Plasmonic Antennas Hybridized with Dielectric Waveguides
为了在集成方案中使用等离子体激元，其中单个发射器可以有效地探测的目的，我们实验和理论研究的单纳米棒金天线以及天线阵列放置在一维介质氮化硅波导的散射特性。使用真实空间和傅立叶显微镜与波导传输测量，我们量化的光谱特性，绝对强度和散射的方向性。散射过程可以很好地理解的物理框架中的偶极物体放置在一个平面分层的环境与波导层。我们使用波导顶部的单等离子体激元结构作为新型天线的偶极构建块，其中波导增强了天线元件之间的耦合。我们报告波导混合八木宇田天线，其中示出的导向模式的出耦合的方向性，以及耦合到定位在馈电元件的局部激励的波导的方向性。这些测量与模拟表明，该系统是理想的等离子体激元量子光学方案的平台，以及荧光实验室芯片上的应用。
2013-07-17 physics.optics
Interferometric near-field characterization of plasmonic slot waveguides in single- and poly-crystalline gold films
等离子体波导是集成纳米光子电路和纳米量子光学的一个很有前途的平台。然而，它们的使用通常受到引导表面等离子体激元模式的有限传播长度的阻碍。因此，详细了解材料质量和波导几何形状对复模折射率的影响至关重要。在这封信中，我们提出了在电信波长的等离子体缝隙波导制造聚焦离子束铣削在单晶和多晶金膜的干涉近场测量。我们观察到一个显着更好的性能的槽波导在单晶金膜的槽宽度低于$100\,\mathrm{nm}$。相比之下，对于较大的槽宽度，两种金膜产生可比的模式传播长度。我们的实验观察表明，占主导地位的损失通道的性质的变化，从欧姆泄漏辐射的间隙尺寸的增加。我们的实验结果再现三维数值计算。
2019-07-15 physics.optics
Ultra-compact and broadband tunable mid-infrared multimode interference splitter based on graphene plasmonic waveguide
提出并设计了一种基于石墨烯等离子体波导的超小型宽带可调谐中红外多模干涉分束器。该器件的尺寸仅为0.56μm*1.2μm，对应的器件面积仅约为0.014λ^2，其中λ为真空波长。当石墨烯的费米能级在0.5 ~ 1 eV范围内变化时，器件的中心波长可在7 ~ 9μm的宽波段内调谐。此外，该器件易于在芯片上制作。
2015-07-19 physics.optics
Suppression of crosstalk in coupled plasmonic waveguides
我们证明了通过在间隔一个波长的加载波导之间放置一个辅助线性波导来抑制两个介质波导之间的串扰。包含两条传输线的系统的总横截面尺寸小于2微米，这比由介电纤维制成的系统的横截面小百倍。这些波导中的传播模是耦合系统的对称模与反对称模之和与之差。通过匹配这些模式的波数来抑制串扰。数值模拟结果证实了解析得到的结果。
2016-11-24 physics.optics
Plasmonic modulator based on gain-assisted metal-semiconductor-metal waveguide
我们研究等离子体激元调制器与增益材料实现超紧凑和超快的有源纳米器件在光子集成电路。我们分析了金属-半导体-金属（MSM）波导与InGaAsP为基础的活性材料层作为超紧凑的等离子体激元调制器。通过改变芯的增益来实现调制，这导致通过波导的不同透射率。MSM波导能够实现高场定位并因此实现高调制速度。体半导体、量子阱和量子点以水平或垂直的方式排列，被认为是MSM波导的核心。研究了波导芯尺寸和各种活性材料的增益值的依赖关系。设计还考虑了实际方面，如n和p掺杂层和势垒，以获得接近现实的结果。数值计算了MSM波导中的有效传输常数。它们在切换过程中的变化被认为是一个品质因数。我们表明，MSM波导与电流控制的增益结合紧凑性和深度调制，以及一个合理的水平的透射率。
2012-05-14 physics.optics
Nonlinear coupled-mode theory for periodic plasmonic waveguides and metamaterials with loss and gain
我们推导了描述介质中电磁模式非线性相互作用的一般耦合模方程。我们的方法是严格的洛伦兹互易定理的基础上，它可以应用到广泛的金属介质光子结构，包括等离子体波导和超材料。我们验证了我们的一般结果与以前的分析的特定情况下，和预测的多层非线性渔网超材料的自和交叉相位调制的新效果。
2014-01-30 physics.optics
Tunable nonlinear coherent perfect absorption with epsilon-near-zero plasmonic waveguides
提出了一种利用近零等离激元波导实现纳米尺度非线性相干完全吸收的方案。分析并给出了线性ENZ等离子体波导中实现CPA的一般条件。所提出的ENZ波导在其截止频率处支持有效的ENZ响应，其中CPA效应在具有相等振幅和适当相位分布的两个反向传播平面波的照射下发生。此外，在ENZ共振下，波导的纳米通道内的强且均匀的场增强可以有效地增强克尔非线性，从而产生新的全光开关强度依赖CPA现象，其可以以超快速度调谐。所提出的自支撑ENZ结构将三阶非线性功能与纳米级等离子体配置中的驻波CPA干涉效应相结合，从而导致在亚波长区域中实现的新颖程度的可调谐光-物质相互作用。我们的研究结果提供了一个新的平台，以有效地激发非线性现象在纳米尺度和设计可调相干完美吸收。
2018-03-13 physics.optics
Adjustable subwavelength localization in a hybrid plasmonic waveguide
混合等离子体激元波导由嵌入在金属表面附近的低介电常数电介质中的高介电常数电介质层组成。这种结构被认为是最有前景的候选人之一，为远程亚波长引导。我们提出了定性分析和数值结果，揭示了特殊的波导设计的优点时，圆柱体的介电常数大于金属的介电常数的绝对值。在这种情况下，可以通过控制间隙宽度来实现任意的亚波长模式尺寸。我们的定性分析是基于考虑类的导体间隙介质系统。通过将混合等离子体激元模式扩展到单个圆柱模式和金属屏的表面等离子体激元-极化激元模式，并匹配边界条件，得到了数值解。
2013-01-16 physics.optics
Complex-k modes of plasmonic chain waveguides
采用通用的三维有限元布洛赫模求解器求解纳米颗粒链波导的复传播常数（$k$），研究了基于负折射率材料的纳米颗粒链波导。我们的研究从非色散材料制成的波导开始，这不仅突出了“波导色散”，而且激发了寻找新材料以实现非常规波长的引导。然后评估金或银链波导的性能;这两种类型的链波导的简要比较以前已经失踪。除了这些单等离子体激元链波导，我们研究了一个异质等离子体激元链系统与交错的金和银粒子，最近的建议的启发，声称增强的能量转移之间的金粒子似乎是一个片面的看法，其杂交波导行为-能量转移之间的银粒子的光。通过多功能的数值方法，我们还讨论了粒子间的间距，背景介质，和基板的存在的影响。我们广泛的分析表明，降低例如金链波导的传播损耗的一般途径是通过适当的几何形状（例如较小的颗粒间距）和背景材料设置（例如高介电常数背景或甚至外来纳米颗粒）来降低链模频率。最后，基于数值模拟，讨论了用掺杂硅制作中红外链波导的可能性。
2019-11-07 physics.optics
Towards nanoscale multiplexing with parity-time symmetric plasmonic coaxial waveguides
本文从理论上研究了一种基于奇偶时间对称同轴等离子体波导的纳米级模分复用方案。同轴波导支持对应于不同轨道角动量状态的成对简并模式。PT对称的增益和损耗的包含打破了成对模式的简并，并创建新的混合模式没有轨道角动量。通过使模阶数与同轴环内的增益和损耗部分的数量相匹配，可以使该过程无阈值。使用两个哈密顿公式和简并微扰理论，我们展示了如何波矢和字段的演变增加的损失/增益，并推导出无阈值过渡的充分条件。作为一个多路复用滤波器，这种PT对称同轴波导可以帮助在芯片上的纳米光子网络的密度率加倍。
2016-01-06 physics.optics
Enhanced THz extinction of single plasmonic antennas with conically tapered waveguides
我们通过实验证明了由两个具有三角形形状和面对顶点的n掺杂Si单体形成的单个等离子体领结天线对太赫兹辐射的共振消光。该演示是通过将天线放置在锥形波导的输出孔径处来实现的，这将天线位置处的入射太赫兹场的强度增强了10倍。波导还抑制了背景辐射，否则该背景辐射被传输而不被天线散射。支持局部表面等离子体激元的蝴蝶结天线具有相关性，因为它们能够共振增强分隔两个三角形元件的间隙处的场强。该间隙具有亚波长尺寸，这允许太赫兹辐射的浓度超过衍射极限。蝴蝶结等离子体天线和锥形波导的组合可以用作放置在间隙中的单个纳米结构的远场THz时域光谱的平台。
2012-08-20 physics.optics
Impedance generalization for plasmonic waveguides beyond the lumped circuit model
基于两个光子结构之间的电磁相互作用，我们解析地推导了它们之间相对阻抗比的严格表达式。我们的方法概括了阻抗的物理意义，以测量基于互易性的本征模重叠。与已知的情况下，在射频和光域的一致性。分析揭示了简单的电路参数的适用性结束，以及如何可以解释超出这一点的阻抗。我们说明了我们的方法，成功地描述了一个布拉格反射器，终止绝缘体-金属-绝缘体等离子体激元波导在近红外线由我们的mandem概念。
2013-07-17 physics.optics
Ultra-compact modulators based on novel CMOS-compatible plasmonic materials
我们提出了几个平面布局的超紧凑型等离子体激元波导调制器，利用替代CMOS兼容材料。通过调谐透明导电氧化物层中的载流子浓度，从而在等离子体共振或非共振中调谐波导，来有效地实现调制。共振显著增加了等离子体激元波导的吸收系数，这使得能够实现更大的调制深度。我们表明，可以实现86 dB/um的消光比，允许在小于1微米的电信波长的3 dB调制深度。我们的多层结构可以潜在地与现有的等离子体和光子波导以及新型的基于半导体的混合光子/电子电路集成。
2013-08-14 physics.optics
A method for reduction of propagation loss of surface plasmons. Experimental demonstration of the loss reduction for Fe/MgO/AlGaAs plasmonic structure integrated with AlGaAs/GaAs optical waveguide
提出了一种有效降低表面等离子体传播损耗的方法，并进行了实验验证。该方法是基于这样的事实，即表面等离子体激元的传播损耗显着依赖于等离子体激元的光学约束。提出了一种等离子体结构，它包含一个金属和两个不同折射率的电介质层，以优化光学限制和减少表面等离子体的传播损耗。Fe/MgO/AlGaAs等离子体结构中的表面等离子体子的低传播损耗为0.17 dB/um。实验结果表明，Fe/MgO/AlGaAs中的表面等离子体激元与AlGaAs/GaAs光波导中的波导模之间的耦合效率为2.2dB/面。
2015-01-12 physics.optics
Resonant-tunnelling-assisted crossing for subwavelength plasmonic slot waveguides
从理论上研究了两个垂直的亚波长等离子体缝隙波导的交叉特性。我们发现，当遇到纳米交叉，直接交叉的串扰约为25%，几乎相同的通过。根据对称性考虑和共振隧道效应，我们设计了紧凑的基于腔的结构。结果表明，在谐振状态下，串扰被消除，吞吐量达到1.模拟结果与耦合模型理论的结果一致。当考虑材料损耗时，由于模的对称性不变，串扰仍然被抑制。我们的研究结果可能会打开一种方法来构建纳米级交叉的高密度纳米等离子体集成电路。
2008-09-22 physics.optics
Plasmonic grating for circularly-polarized out-coupling of waveguide-enhanced spontaneous emission
本研究针对金属等离子体结构的焦耳损耗问题，实验验证了介质波导上的等离子体纳米颗粒阵列可实现圆偏振光的定向耦合，GaAs波导嵌入量子点的出耦合辐射圆偏振度达80%，为集成器件提供了高效耦合方案。
2022-02-28 physics.optics
Plasmonic Optical Modulator based on Adiabatic Coupled Waveguides
在原子多能级系统中，绝热消除是一种通过使不相关的和强耦合的能级彼此失谐来消除它们以使系统的复杂性最小化的方法。例如，这样的三电平系统可以以三波导系统的形式被映射到物理上。如这里所提出的，主动地失谐各个波导模式之间的耦合强度允许调制传播通过器件的光。外波导充当类似于三能级原子系统的基态和激发态的有效双光子模式系统，而中心波导是部分等离子体激元。在绝热消除机制中，中间波导的振幅与外部波导相比振荡得快得多，导致场建立消失。结果，中间波导变成暗状态，并且因此尽管在这里呈现的设计中涉及等离子体激元波导，但是当实现高达70分贝的调制深度时，预期保持8分贝的低插入损耗。调制机制依赖于经由静电调谐自由载流子浓度并因此调谐驻留在等离子体中心波导中的薄ITO层的光学指数来将该波导系统从临界耦合状态切换到绝热消除状态。这改变了有效耦合长度和相位失配条件，从而改变了每个外波导中的调制。我们的研究结果表明，调制器的能量效率低至40阿焦耳每比特和消光比为50分贝。考虑到调制器的极小尺寸，所产生的集总元件有限RC延迟预计将超过200千兆赫兹。这种类型的调制器为下一代能源和速度良心光学短距离互连铺平了道路。
2017-10-04 physics.optics
Unravelling the role of waveguide-plasmon strong coupling, avoided crossing and natural weak value amplification on the enhanced Faraday effect in hybrid magneto-plasmonic systems
磁等离子体激元混合系统中磁光效应的增强由于其构建非互易纳米光子器件的潜力而引起了最近的广泛关注。定量地了解增强的基本来源和贡献机制对于优化应用至关重要。在这里，我们解开的法拉第旋转和椭圆率的巨大增强的混合磁等离激元系统，即，波导磁等离激元晶体与横向电（TE）和横向磁（TM）偏振光激发的明显不同的物理起源。在TE偏振激发下，表面等离子体激元不被直接激发，由于Fano共振的谱域干涉而出现的法拉第效应的自然弱值放大是增强的主要原因。对于TM偏振激发，另一方面，波导-等离子体激元强耦合及其避免交叉的普遍表现起着有趣的作用，导致在避免交叉制度中的磁光效应的最大增强。
2022-12-21 physics.optics
Scattering of a plasmonic nanoantenna embedded in a silicon waveguide
集成在硅器件上的等离子体天线具有用于控制和路由光信号的巨大且尚未开发的潜力。在这里，我们提出了一个混合的硅金属系统，其中一个单一的金纳米天线嵌入在一个单模硅波导作为一个谐振驱动的过滤器的理论计算。由于散射和干扰，当满足天线的谐振条件时，在谐振频带中传输下降85%。首先，我们分析研究了传播模式和天线之间的相互作用，包括散射过程的辐射校正和波导壁的极化。其次，我们找到了最大相互作用的配置，并数值模拟了一个现实的硅波导中的纳米天线。数值计算表明，一个大的抑制传输和三倍以上的散射比吸收，随之而来的分析模型。我们提出的系统可以很容易地制造标准的硅和等离子体光刻方法，使其有希望作为真正的组件在未来的光电电路。
2015-05-08 physics.optics
Influence of non-Hermitian mode topology on refractive index sensing with plasmonic waveguides
我们通过计算等离子体波导传感器在非厄米本征模空间不同区域的共振透射谱来评估其传感特性。我们阐明了使用模式色散计算孤立地预测等离子体传感器的性能，我们解决了使用一个简单的模型占本征模激发和传播的陷阱。我们的传输计算表明，谐振波长和光谱宽度至关重要地取决于传感区域的长度，因此，没有一个单一的标准从模式色散计算单独可以用作灵敏度的代理。此外，我们发现，最佳的检测限发生在定向耦合的支持，在最窄的光谱发生。这种窄光谱特征只能通过滤除输出端的所有高阶模来测量，例如，通过单模波导。我们的计算也证实了特征平方根依赖的本征模分裂相对于在例外点的介电常数扰动，我们表明，可以确定通过传感器拍长在谐振。这项工作提供了一个方便的框架，设计和表征等离子体激元波导传感器与实验测量相比。
2021-11-18 physics.optics
Direct optical measurement of light coupling into planar waveguide by plasmonic nanoparticles
通过等离子体纳米颗粒将光耦合到高折射率材料的薄层中已经被广泛研究以应用于光伏器件，例如薄膜太阳能电池。在许多研究中，已经通过测量例如量子效率或光电流增强来研究这种耦合。在这里，我们提出了一个直接的光学测量光耦合到波导的等离子体纳米粒子。我们调查的波导内的导模的耦合效率，通过照射样品的表面，由一个玻璃载玻片涂有高折射率的平面波导和等离子体纳米粒子，而直接测量的光的强度发射出的波导边缘。这些实验通过透射率和反射率测量进行补充。我们表明，光耦合的强烈影响薄膜干涉，局部表面等离子体共振的纳米粒子和照明方向（前或后）。
2012-11-28 physics.optics
Plasmonic Waveguides to Enhance Quantum Electrodynamic Phenomena at the Nanoscale
等离子体激元的新兴领域可以导致在极纳米级区域增强轻物质相互作用。等离子体（金属）器件有望有效地控制光的经典和量子特性。等离子体波导通常用于在纳米尺度下激发可以与物质强烈相互作用的受限电磁模式。分析表明，这些微波波导与低频微波波导具有相似之处。在本文中，我们从经典电磁的角度回顾了研究与量子光发射器耦合的等离子体纳米结构的方法。这些量子发射器主要用于产生单光子量子光，该单光子量子光可以在设想的量子信息技术中用作量子比特或量子比特。我们展示了不同的方法来增强各种各样的量子电动力学现象的基础上，等离子体配置使用经典的并矢张量格林函数形式主义。更具体地说，自发发射和超辐射的分析，通过使用基于格林函数的场量子化。量子等离子体激元学这一令人兴奋的新领域将为量子领域的通信和计算应用带来大量新颖的光学器件，如高效的单光子源、量子传感器和紧凑的片上纳米光子电路。
2021-02-16 physics.optics
Valley-Hall topological plasmons in a graphene nanohole plasmonic crystal waveguide
我们证明了太赫兹光波的单向和反向散射免疫传播可以实现在拓扑谷霍尔波导由石墨烯纳米孔等离子体晶体。为了获得更深入的物理见解，这些现象，石墨烯纳米孔等离子体晶体的能带图进行了研究和优化。我们发现具有属于$C_{6v}$对称群的纳米孔阵列的石墨烯等离子体晶体具有无间隙狄拉克锥，其可以通过引入额外的纳米孔而被缺口化，使得系统的对称点群从$C_{6v}$减少到$C_{3v}$。利用这一特点，我们设计了一个镜像对称的畴壁界面，通过放置在一起的两个优化的石墨烯等离子体晶体，以便在开放的带隙内构建谷极化拓扑界面模式。计算分析表明，谷-霍尔拓扑畴壁界面模可以在极深的亚波长尺度上实现，并且不依赖于外加静磁场.该工作为开发高集成度、高鲁棒性的深亚波长太赫兹等离子体波导奠定了基础。
2020-04-05 physics.optics
All Dielectric Metamaterial Loaded Tunable Plasmonic Waveguide
在这篇文章中，2D等离子体激元波导加载全介质各向异性超材料，由交替层的Si-SiO2，已提出和数值分析。计算了不同脊宽和脊高的通信波长下波导的主要特性，即传播常数、传播长度和归一化模面积。相应的一维结构的波导已被解析求解的各向异性脊作为一个单一的单轴介质与介电张量定义的有效介质理论（EMT）。利用Comsol Multiphysics中的模态分析模块，通过有限元模拟对二维结构进行了数值分析。数值模拟中考虑了EMT和实际多层膜结构。与常规DLSSP波导相比，具有所有电介质超材料的这种结构提供了额外的自由度，即填充因子、Si-SiO2晶胞中Si层的分数，以调谐传播特性。对于不同的填充因子值，已经观察到所有特性的大范围变化。此外，还考虑了第一界面层的影响。虽然全介质超材料已经被应用于光子波导中作为包层，但在等离子体波导中的实现还没有被研究。该器件在深亚波长光学、光子晶体和光电子学等领域有着广阔的应用前景。
2016-12-28 physics.optics
