Near-field focusing of dielectric microspheres: Super-resolution and field-invariant parameter scaling
介电微粒的光学近场对于纳米光学工程如光场定位、加工、表征、传感和成像等具有特别重要的意义。本文系统地研究了在pi<q0<20*pi范围内，折射率为1.6的微球在不同尺寸参数下的聚焦特性（焦距、场增强、光斑尺寸）。详细分析了产生超分辨焦点的条件。特别强的超分辨率焦点与斑点大小下降至少50%以下的衍射极限被确定和可能的新的应用建议。为了理解如何将超分辨率条件缩放到其他折射率粒子或背景介质，揭示了场不变参数缩放（尺寸，波长和折射率）的原理，并通过示例案例进行了演示。它提供了新的自由选择粒子和背景介质，以获得在整个电磁波谱的任何频率的超分辨率。
2013-04-23 physics.optics
Multiple Kerker anapoles in dielectric microspheres
高折射率介质球在以偶极模为主的光谱范围内具有显著的光散射特性。然而，这些属性中的大多数是不存在的平面波照明下的较大的球体。在这里，我们建议解开偶极制度，无论球的大小和折射率的照明与纯偶极场。这种类型的照明确保球体的散射响应是纯偶极的。在这种情况下，我们表明，Kerker条件不仅与对偶对称性和一个强大的向后向前的不对称光散射，但也出现非辐射源：所谓的混合anapole。最后，我们表明，所有上述散射功能下偶极照明是可重复的实验接近紧聚焦高斯光束。
2020-10-23 physics.optics
Super-resonances in microspheres: extreme effects in field localization
我们揭示了介电微球支持的光学超共振模式的存在。这些模式的场强增强因子在10^4-10^5的数量级，可以直接通过解析计算得到。与通常的光共振，这是有关的电和磁的散射振幅的极点，超共振模式的内部场系数的极点，获得特定值的尺寸参数。我们还揭示了这些超共振在产生磁性纳米射流和巨磁场的高折射率粒子的连接。
2019-06-23 physics.optics
Metal-coated microsphere monolayers as surface plasmon resonance sensors operating in both transmission and reflection modes
National Institute for Research and Development of Isotopic and Molecular Technologies（同位素和分子技术研究发展中心）；Institute for Interdisciplinary Research in Bio-Nano-Sciences, Babes-Bolyai University（巴比什-博约伊大学生物纳米科学交叉研究所）
本文提出银涂层聚苯乙烯微球单层作为表面等离子共振传感器，可在透射和反射模式下工作，通过使用200nm微球揭示了增强光学透射带，反射模式比透射模式更高效，实验验证了吸附物位置对传感效率的影响。
2026-03-27 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Mirror-Coupled Microsphere can narrow the Angular distribution of Photoluminescence from WS2 Monolayers
工程光学发射从二维，过渡金属二硫属化物（TMD）材料，如二硫化钨（WS 2）在创建和理解纳米光子源的影响。控制来自2D材料的光发射的挑战之一是使用简单的光子几何结构来实现窄角展度。在本文中，我们研究了如何控制单层WS 2的光致发光耦合到薄膜耦合微球介质天线时。具体而言，通过采用傅立叶平面显微镜和光谱技术，我们量化的波矢量分布在动量空间。结果表明，WS 2光致发光的发散角为θ1/2 = 4.6°。此外，实验测量得到了三维数值模拟的支持。我们设想，所讨论的结果可以推广到各种纳米光子2D材料，并可以利用非线性和量子技术。
2022-06-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Optical super-resonances in dielectric microsphere particles
利用等离子体纳米结构和超材料（如强耦合银纳米颗粒）可以实现极端的场局域化和巨场增强，而电介质颗粒和结构可以聚焦超过衍射极限的光（光子纳米射流效应），但强度要弱得多。最近，我们表明介电微球可以支持高阶米氏共振模式（"超共振模式"），其可以产生与等离子体结构相似的电场强度增强水平，大约为10^4 - 10^7。在这项工作中，我们的目标是进一步推进我们对超共振模式的理解。本文给出了尺寸参数和折射率对光学超共振的影响的新结果，并在较宽的参数范围内提高了数值精度。结果表明，在特定条件下，电场强度增强可以达到10^9 - 10^11的创纪录高水平，超过等离子体增强。此外，微球透镜在不同光源（例如，不同颜色的LED或激光器，卤素灯）的研究和比较的第一次。这些结果对于理解微球纳米尺度的超分辨机制具有重要意义，并将在光子学中找到许多潜在的应用。
2022-03-14 physics.optics
Reconstructions of refractive index tomograms via discrete algebraic reconstruction technique
光学衍射层析成像（ODT）提供透明微观物体的三维折射率（RI）层析图像。然而，由于物镜的有限数值孔径，ODT对衍射光的访问有限，并且遭受差的空间分辨率，特别是沿轴向方向。为了克服RI层析成像质量的限制，我们提出了一种算法，准确地重建RI层析成像使用的初步信息，RI值的标本是离散的和均匀的。通过对微球、红细胞和水滴等不同样本的仿真和实验，证明了该方法能够在存在缺失信息和噪声的情况下，精确地重建具有离散和均匀RI值的样本的RI断层图像。
2017-09-19 physics.optics
Theory of optical tweezing of dielectric microspheres in chiral host media and its applications
本文首次报道了嵌入手征介质中的球形电介质粒子光镊理论。我们开发了一个分波（米氏）展开计算的光学力作用在介质微球照射的圆偏振，高度聚焦的激光束。当选择与介质相同旋向的偏振时，轴向陷阱稳定性得到改善，从而允许高折射率粒子的镊子效应。当颗粒被外力离轴移位时，其平衡位置通过光学扭矩的机械效应绕光轴旋转。当考虑比波长大几倍的半径时，在手性主介质的存在下，光学扭矩和旋转角度都大大增强。在这个范围内，旋转的角度强烈地依赖于微球半径和主介质的手性参数，这两个参数的定量表征开辟了道路。可测量的角度预测，即使在自然发生的手性溶质的情况下，允许一种新的全光学方法，本地探测在纳米尺度的手性响应。
2020-09-25 physics.optics
On subwavelength resolution granted by dielectric microparticles
在这项工作中，我们报告了一个简单的玻璃微柱授予横向分辨率的理论研究。在这项2D研究中，我们想到了3D模拟物-一种微球体，自2011年以来，它能够形成深亚波长和强烈放大的亚微米物体图像。常规地，其中观察这种图像的显微镜被调谐，以便看到微球后面的区域。这对应于由微球形成的虚拟源的位置，其距离比真实源到显微镜的距离长。最近，我们在理论上发现了一种新的超分辨情况，即在通过微球的光束中形成虚源。然而，在这项工作中，我们集中在超分辨率时，在不切实际的成像系统，其中显微镜物镜被取代的情况下，位于一个距离小于瑞利范围的微透镜。本文从理论上回答了一个重要的问题：哪种情况下的远场纳米成像的微球授予最好的空间在非常大的距离。我们发现，新的情况下（对应于更高的折射率）承诺进一步提高的分辨率。
2022-03-02 physics.optics
Negative optical torque on a microsphere in optical tweezers
我们表明，在光镊与椭圆偏振光束的光力场具有相反的旋向性为广泛的颗粒尺寸和最常见的配置。我们的方法是基于直接观察下的横向斯托克斯阻力的作用下的粒子的平衡位置，其旋转的光学扭矩的机械效应围绕光轴。我们发现与理论的总体协议，没有拟合，提供散光，这是单独的特点，包括在理论描述。我们的工作开辟了一条道路的捕获参数的表征，如微球的复折射率和光学系统的像散，从微球旋转角度的测量。
2019-01-27 physics.optics quant-ph
Superlens-Assisted Laser Nanostructuring of Long Period Optical Fiber Gratings (LPGs) for Enhanced Refractive Index Sensing
提出微球辅助超透镜激光纳米结构化方法，在LPGs表面生成纳米孔以增强折射率传感，灵敏度提升16.08%-19.57%，且结构耐久，优于传统涂层方案。
2023-11-10 physics.app-ph physics.optics
Thermo-Optical Tuning of Whispering Gallery Modes in Er:Yb Doped Glass Microspheres to Arbitrary Probe Wavelengths
我们目前的实验结果上的全光，热辅助技术的宽范围调谐的微球腔谐振模式，以任意探测波长。通过支撑杆在978 nm处泵浦Er：Yb共掺杂磷酸盐玻璃（Schott IOG-2）微球，并且由泵浦光的吸收产生的热使腔膨胀并改变折射率。这是一种稳健的调谐方法，其将泵浦与探针分开，并允许微球的回音壁模式的微调。进行泵浦/探测实验以证明对特定探测波长的热光调谐，包括~（85）Rb的~ 5S_（1/2）F = 3到~ 5 P_（3/2）F' = 4的激光冷却跃迁。这对于腔QED类型的实验特别感兴趣，而可实现的宽调谐范围对于集成光子器件（包括传感器和调制器）是有用的。
2012-03-07 physics.atom-ph physics.optics
Optimizing optical tweezing with directional scattering in composite microspheres
用单一聚焦激光束捕获微球通常限于相对折射率略大于1的材料。我们表明，定向光散射可以用于光学陷阱高折射率材料。为此，我们提出了一种材料平台，以实现零后向散射（ZBS），也被称为第一Kerker条件，在含有球形夹杂物的二氧化硅嵌入在SiC微球的复合介质。通过调节夹杂物的体积填充分数和微球半径，可以实现稳定的捕获，只要ZBS与位于焦点时在微球的外部和内部界面处反射的场之间的相消干涉的条件相结合。我们表明，我们的建议也持有即使在存在大量的球面像差，这是一个常见的条件，在大多数光镊设置。在这种情况下，实现ZBS对于捕获高折射率材料至关重要。
2018-06-19 physics.class-ph physics.optics
Tailoring optical pulling forces with composite microspheres
光学拉力或牵引光束可以通过将入射光子向前重定向来拉动粒子抵抗光传播。这通常使用具有非常小的半锥角的贝塞尔光束来实现，这大大限制了其适用性。人们可以通过使用平面波的叠加来规避这样的问题。为了研究非共线平面波对所产生的光学拉力，我们建立了一个基于Mie理论、德拜势和Wigner旋转矩阵的理论框架。我们应用这个框架来计算金属-介电复合粒子上的光学拉力，我们提出作为一个替代材料平台来优化和定制牵引光束。事实上，我们证明，通过添加一些等离子体夹杂物的任意大小的低折射率的电介质颗粒，我们能够产生偏振依赖的光学拉力，不能发生在相应的均匀粒子。总之，我们的研究结果不仅提供了创新的理论方法来计算光学拉力，而且还提供了新的策略来定制和优化它们，为提高其适用性铺平了道路。
2020-06-16 physics.optics
Molecular monolayer strong coupling in dielectric soft microcavities
我们报道了J聚集染料分子单层在室温下与介电微球回音壁模式的强耦合。我们系统地研究了随着染料分子层数的增加，强耦合的演化，我们发现Rabi分裂从单层的56 meV上升到四层染料分子的94 meV。我们比较我们的实验结果与二维数值模拟和一个简单的耦合振荡器模型，发现很好的协议。我们预计，这些结果将作为一个垫脚石，在微流体环境中集成分子腔强耦合，因为微球可以很容易地被困在这样的环境中，并提供开放的访问腔。
2020-02-21 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Giant Gating Tunability of Optical Refractive Index in Transition Metal Dichalcogenide Monolayers
我们报道了过渡金属硫属化物（TMDC）单层（例如MoS2、WS2和WSe2）的折射率可以使用CMOS兼容的电选通在激子共振周围实质上调谐为虚部> 60%和实部> 20%。这种巨大的可调谐性根源于激子效应在单层折射率中的主导地位以及激子对注入的载流子的影响的强烈敏感性。这种可调谐性主要是由于注入的载流子加宽了激子带间跃迁的谱宽，促进了中性激子和带电激子的相互转换。注入的载流子的其他效应，如带隙重整化和激子结合能的改变，只起微不足道的作用。我们还表明，原子级薄的单层膜，当与光子结构相结合，可以使光学吸收（反射）的效率从40%（60%）到80%（20%）调谐由于巨大的可调性的折射率。这项工作可能会铺平道路的发展，场效应光子学的光学功能，可以控制与CMOS电路。
2017-05-27 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Compact metallo-dielectric optical antenna for ultra directional and enhanced radiative emission
我们报告了采用金属和介电材料的明智合成来设计高效光学天线的情况。在所提出的方案中，一对金属耦合纳米粒子允许大的增强激发强度和辐射衰减率，而高折射率的电介质微球被用来有效地收集光，而不破坏发射器的量子效率。我们的模拟表明，在整个光学频率范围内的3个数量级的潜在荧光率增强。
2010-03-25 physics.optics
High resolution, High contrast optical interface for defect qubits
晶体中的点缺陷为量子应用提供了重要的基础。为了初始化、控制和读出它们的量子态，需要一种用于利用光子寻址缺陷的有效光学接口。然而，传统的共焦荧光显微镜与高折射率晶体有限的光子收集效率和空间分辨率。在这里，我们展示了高分辨率，高对比度成像缺陷量子位使用微球辅助共聚焦显微镜。微球为点缺陷提供了一个极好的光学界面，具有放大的虚像，可将空间分辨率提高至~ $λ$ /5，并将光学信噪比提高4倍。这些功能使单独的光学寻址的单光子和单自旋的空间未解决的缺陷，在传统的共焦显微镜与改善的信号对比度。组合光镊显示定位或扫描微球的可能性，用于确定性耦合和宽场成像的缺陷。该方法不需要任何复杂的制造和额外的光学系统，但使用简单的显微光学现成的。从这些独特的优点的微球，我们的方法可以提供一个有效的方式成像和解决密集的缺陷，具有更高的分辨率和灵敏度。
2021-02-14 physics.optics quant-ph
Photonic Band Gap in 1D Multilayers Made by Alternating SiO2 or PMMA with MoS2 or WS2 monolayers
原子薄的二硫化钼（MoS2）和二硫化钨（WS2）是非常有趣的光学和电子学二维材料。在这项工作中，我们显示的可能性，以获得一维光子晶体组成的低成本和易于加工的材料，如二氧化硅（SiO2）或聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），和二硫化钼或WS2单层。利用传输矩阵法和材料的折射率随波长变化的特性，模拟了光子晶体的透射谱。这项研究设想这些新型的光子晶体的光子和光发射应用的实验制造。
2015-08-13 physics.optics
Possible sorting mechanism for microparticles in an evanescent field
利用Mie散射理论计算了激光斜入射水平介质表面时产生的倏逝波对介质微球的辐射力。入射场被识别为倏逝场，并且考虑了$p$和$s$偏振。我们的调查包括三个部分。首先，在强调基本的形式主义，我们报告的结果，辐射力发表在较早的文件[J。B { \bf 12}，2429（1995）]，纠正了一些微不足道的计算错误。第二-我们的论文的主要目的-是显示如何垂直（提升）力的微球体，通常通过适当的激光频率的调整，可以用来分离微球体的折射率略有不同。这是由力相对于周围介质中无量纲波数$α$的振荡行为引起的。相对于系统中给定的折射率，微调波数$α$可能导致颗粒排出。当$α$约为18-20或更大时，分类机制证明是可行的，这实际上是在实际感兴趣的区域中。最后，我们调查如何在入射角的变化$θ_1$的激光束的影响所产生的辐射力。
2013-05-10 physics.class-ph physics.optics
Measuring the Nonlinear Refractive Index of Graphene using the Optical Kerr Effect Method
利用超快光克尔效应耦合光外差探测（OHD-OKE）方法，研究了石墨烯在电信波长下的三阶非线性响应，并与Z扫描方法在相同样品上的实验结果进行了比较.从这些测量，我们估计单层石墨烯，$n_2 = - 1.1\times 10^{-13} m^2/W$的负非线性折射率。这是矛盾的，以前报道的值，这导致我们比较我们的实验测量获得的OHD-OKE和Z-扫描方法与文献中发现的理论和实验值，并讨论的差异，考虑到参数，如掺杂。
2016-07-04 physics.optics
Exciton-polaritons in a monolayer semiconductor coupled to van der Waals dielectric nanoantennas on a metallic mirror
本文利用金衬底上的高折射率范德华WS₂纳米天线调控Mie模式，实现与单层WSe₂激子的室温强耦合，观测到Rabi劈裂超80 meV的Mie-极化激元，并展示其非线性比金上单层WSe₂激子高一个数量级。
2025-06-05 physics.optics
Metasurface Engineering with Tantalum Pentoxide-Coated Microspheres: Tailoring Optical Resonances and Enhancing Local Density of States
National Institute for Research and Development of Isotopic and Molecular Technologies（同位素和分子技术研究发展中心）；CNRS, University of Bordeaux（法国国家科学研究中心，波尔多大学）
研究通过实验和模拟探讨了Ta₂O₅壳层厚度对微球晶格光学共振和Rh6G荧光增强的影响，揭示了壳层厚度与发射体位置共同调控光子共振、局部光学态密度及荧光响应的机制。
2026-07-21 cond-mat.mes-hall physics.optics
Local sensing of absolute refractive index during protein-binding using microlasers with spectral encoding
抗原的多重、特异性和敏感性检测对于快速准确地诊断疾病和制定个性化治疗计划至关重要。在这里，我们表明，聚合物微球激光器可用作光子传感器，通过折射率的变化来监测和量化生物分子的直接表面结合。每个激光器的独特光谱特征可用于找到它们的大小和有效折射率，与传统荧光珠相比，这增加了新的编码维度。我们利用抗体功能化微激光器来选择性地检测蛋白质结合。多层表面改性的不同阶段可以解决，并证明了两种不同的蛋白质，IgG和CRP的蛋白质结合。此外，通过连续监测单激光，我们证明了实时监测溶液相中的抗原和固定化抗体之间的结合动力学的可能性。对于多路复用检测，微激光器采用流式细胞仪配置，具有快速光谱检测和识别具有和不具有抗原结合的微激光器。我们设想，通过将微激光器与成熟的表面修饰化学和流动几何结构相结合，微珠免疫测定的多重能力可以大大提高，同时也为异质细胞群中的单细胞分析开辟了途径。
2022-10-19 physics.optics q-bio.QM
Colloidal superlattices for unnaturally high-index metamaterials at broadband optical frequencies
金属纳米颗粒（NP）组装的最新进展使光学领域前所未有的光物质相互作用的复杂工程成为可能。在这项工作中，我扩大了NP光学超材料的设计灵活性，将可达折射率的上限推到不自然的高制度。对NP超晶格单层的几何参数的精确控制赋予了电共振和相关有效介电常数的显著增加，远远超出了自然可达的制度。同时，有效的渗透性，实现高折射率的另一个关键因素，被有效地抑制通过减少纳米粒子的厚度。通过建立这一设计规则，我已经实现了不自然的高折射率（15.7在电谐振和7.3在准静态极限）在宽带光频率（100 THz ~ 300 THz）。我还将这种NP超材料与石墨烯结合起来，以在宽的光学频率上电气控制高折射率。
2015-07-24 physics.optics
Single-shot refractive index slice imaging using spectrally multiplexed optical transfer function reshaping
本文提出结合光谱复用与光学传递函数工程的单次拍摄折射率切片成像方法，通过三色编码照明和去卷积实现对焦层RI重建，并在微球及动态生物细胞上验证了亚细胞分辨率。
2023-01-13 eess.IV physics.bio-ph physics.optics
Achieving Optical Refractive Index of 10-Plus by Colloidal Self-Assembly
本研究通过聚合物配体介导的胶体自组装技术，将多面体金纳米颗粒组装成大面积紧密堆积单层，利用深亚波长电偶极子共振和电容耦合，在光学频率下实现了创纪录的10.12高折射率。
2024-03-25 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Low-coherence optical diffraction tomography using a ferroelectric liquid crystal spatial light modulator
光学衍射层析成像（ODT）是一种三维（3D）无标记成像技术。利用光学衍射技术可以从多个二维光场图像中重建出样品的三维折射率分布。本文介绍了一种利用铁电液晶空间光调制器（FLC SLM）实现时间上低相干的ODT技术。FLC SLM提供的快速二进制相位调制确保了高时空分辨率，同时大大降低了相干噪声。我们使用各种样品，包括胶体微球和活的上皮细胞证明了所提出的系统的性能。
2020-08-12 physics.bio-ph physics.optics
Optical response of a self-standing monolayer of dielectric spheres
本文分析了由低折射率介质球组成的周期性排列单层膜的光学响应。通过矢量Korringa-Kohn-Rostoker方法获得了二维正方形和三角形晶格的反射光谱，这两种光谱对于低于衍射点的光子能量表现出非常相似的定性特征。在这个能量区域中，相同数量的峰的单一振幅的反射光谱中预测的两种单层，这表明这必须是一个普遍的功能独立的特定几何形状的晶格。这些高反射率峰的起源进行了研究。结果发现，TM和TE模式的共振，由于偶极，四极和八极相互作用内的单分子膜在很大程度上是负责的反射光谱中观察到的峰结构。
2008-01-12 physics.class-ph physics.optics
Low-loss composite photonic platform based on 2D semiconductor monolayers
二维材料如石墨烯和过渡金属二硫属化物（TMD）对于光学调制、检测和光发射是有希望的，因为它们的材料性质可以通过静电掺杂按需调节。已经示出了TMD的光学性质随着在激子共振附近的波长范围内的掺杂而急剧变化。然而，关于掺杂对远离这些共振的TMD的光学性质的影响知之甚少，其中材料是透明的，因此可以在光子电路中利用。在这里，我们探测的电光响应单层TMD在近红外（NIR）波长（即深的透明度制度），通过将它们集成在氮化硅（SiN）光子结构诱导强光$-$物质与单层的相互作用。我们通过使用离子液体电选通TMD，将单层掺杂到（$7.2 \pm 0.8$）$\times$ $10^{13} \textrm{cm}^{-2}$的载流子密度。通过测量折射率$Δ$ n = $0.53$的实部的大的变化，我们在单层二硫化钨（WS $_2$）在近红外波长处显示出强的电折射响应，而虚部$Δ$ k = $0.004$的变化很小。与针对WS $_2$（$Δ$ n/ $Δ$ k $\sim 125$）测量的诱导吸收（$Δ$ k）（光子学的关键度量）相比，掺杂诱导相变（$Δ$ n）比针对诸如硅的体材料的$Δ$ n/ $Δ$ k（$Δ$ n/ $Δ$ k $\sim 10$）高一个数量级，使其对于各种光子应用是理想的。我们进一步利用这种强可调谐效应来证明使用WS $_2$-HfO $_2$（哈夫尼亚）-ITO（氧化铟锡）电容…
2019-06-02 physics.app-ph physics.optics
Controlled non-volatile modulation of optical dispersion in monolayer tungsten disulfide via ferroelectric polarization patterning
University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）；Penn State University（宾夕法尼亚州立大学）
通过铁电极化图案化实现单层二硫化钨光学色散的非易失调制，无需持续电力消耗，实现高效能光子器件。
2026-02-15 physics.optics
Possibility of negative refraction for visible light in disordered all-dielectric resonant high index metasurfaces
采用三维时域有限差分（FDTD）模拟方法，在532 nm波长下研究了由磷化镓（GaP）球体组成的无序全介质超颖表面的有效折射率。结果表明，随机分布在超颖表面上的高折射率纳米颗粒的混合物可能具有负折射，其尺寸接近第一磁共振和电共振。构造了超颖表面有效折射率对纳米颗粒浓度和尺寸的依赖关系。论证了高折射率谐振球在大浓度下产生负折射的可行性。负的有效折射率仅表现为单层的GaP球。
2020-02-05 physics.app-ph physics.optics
Differentiating surface and bulk interactions in nanoplasmonic interferometric sensor arrays
检测特定目标分析物并将其与干扰背景效应区分开来是环境、化学、生物和医学传感应用中常见的复杂多组分解决方案中的一项关键但具有挑战性的任务。在这里，我们提出了一个简单的纳米等离子体干涉传感器平台，可以区分吸附在传感器表面上的薄蛋白质层（表面效应）从体折射率变化（干扰背景效应）在一个单一的传感点，利用不同的穿透深度的多个传播表面等离子体激元激发的环孔纳米结构。检测到牛血清白蛋白（BSA）分子的单层，有效厚度为1.91nm，并从溶液的体折射率单位的10-3变化中区分出来。检索到的实时传感器输出的噪声水平与传统的基于棱镜的表面等离子体共振传感器相比是有利的，但是使用明显更简单的共线传输几何形状和小型化的传感器足迹来实现。
2014-10-30 physics.optics
Routing Light Emission from Monolayer MoS$_2$ by Mie Resonances of Crystalline Silicon Nanospheres
本研究利用晶体硅纳米球的磁偶极与电偶极 Mie 共振，解析、实验并模拟验证了其对单层 TMDC 激子光致发光方向性的调控。
2024-10-28 cond-mat.mes-hall physics.optics
Photoinduced modulation of refractive index in Langmuir-Blodgett films of Azo-based H-shaped liquid crystal molecules
由有机分子组成的光学活性区域的发展对于光开关和波导等器件是必不可少的，因为它可以通过施加合适的电磁（EM）波而容易地被覆盖。在这篇文章中，我们报告了一种新型的H型液晶（HLC）分子的单层LB膜的沉积的光活性表面的发展。合成的HLC分子具有偶氮基团和硝基基团。偶氮基团可以通过用紫外（UV）光照射它们而异构化（反-顺式转化）。硝基可以提供足够的两亲性的HLC分子在空气-水界面形成一个稳定的朗缪尔单分子膜。HLC分子的朗缪尔单分子层表现出气相和类液相。在自制的表面等离子体共振（SPR）仪器的金芯片上沉积单层HLC分子的LB膜。LB膜中的分子的偶氮基团被紫外光激发，导致由于trans-cis转变而导致的形态变化。这种形态的变化可导致LB膜的折射率（RI）的微小变化。SPR是用于测量RI中的这种变化的无标记和高灵敏度的光学现象。在我们的研究中，我们发现了系统的变化的共振角的LB膜的HLC分子作为一个功能的强度的紫外线照射。我们测量了HLC分子LB膜的开关强度，这可能表明HLC分子LB膜可以在光开关或光波导中找到应用。
2022-08-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.optics
Giant gate-tunability of complex refractive index in semiconducting carbon nanotubes
材料中的电可调光学性质对于从显示器到激光和光通信的许多应用是期望的。在大多数二维薄膜和其他量子限制材料中，这些常数已经被精确测量。然而，单壁纳米管（SWCNT）作为静电调谐的函数的光学常数尚未被测量，由于缺乏电子纯度和大面积的空间均匀性。在这里，我们测量的基本光学常数的高纯度（>99%）的半导体单壁碳纳米管（s-SWCNT）薄膜的光谱椭圆偏振法。我们提取了s-SWCNT薄膜的门可调复折射率，并观察到在近红外（IR）区域（1.3-1.55 μm）由所施加的电场诱导的实际折射率（~11.2%或绝对值>0.2）和消光系数（~11.6%）的巨大调制，其显著高于该波长范围内所有现有的电光半导体。我们进一步通过组合s-SWCNT和单层MoS 2异质结构来设计多层IR反射相位调制器叠层，其可以在1600 nm波长下获得>45°反射相位调制，总叠层厚度< 200 nm。我们的研究结果突出了s-SWCNT作为一个有前途的材料系统，在电信应用中的红外光子学和电光。
2020-09-24 physics.app-ph physics.optics
Mode-center Placement of Monolayer WS$_{2}$ in a Photonic Polymer Waveguide
由于材料的强激子基光学响应，将诸如单层过渡金属二硫属化物（TMD）的2D材料有效地集成到光子波导和集成电路中正在被强烈地追求。在这里，我们提出了一个平台，其中WS $_{2}$ -hBN二维异质结构直接集成到一个新的聚合物脊波导的光子模式中心。FDTD模拟和收集的光致发光的导模表明，该系统具有显着改善的波导发射器耦合在以前的弹性体平台。这是由平台的增强折射率对比度和耦合TMD的模式中心积分的新方法促进的。该集成基于适用于其他2D材料的简单干转移过程，并且该平台的弹性体性质非常适合探索应变可调混合光子器件。所展示的将光致发光耦合到聚合物波导的能力为各种背景下的混合光子系统开辟了新的可能性。
2021-07-24 physics.app-ph physics.optics
Rydberg polaritons in ReS2 crystals
本研究展示了ReS2晶体中腔模式与激发态的强耦合形成里德伯极化激元，澄清了其光谱特征源于高折射率与大振子强度的结合，为固态里德伯系统提供了新平台。
2022-08-05 physics.optics
Second-harmonic generation enhancement in monolayer transition-metal dichalcogenides by an epsilon-near-zero substrate
单层过渡金属二硫属化物（TMDC）呈现高的二阶光学非线性，这对于例如，非线性光子器件中的频率转换。另一方面，2D材料的原子厚度自然导致低频率转换强度，突出了设计增强实际应用的非线性响应的结构的重要性。已经报道了依赖于复杂的等离子体和/或超颖表面结构来增加2D材料处的泵浦电场的许多方法。在这里，我们利用这样一个事实，即具有低折射率的非结构化基板自然最大化的泵浦场在介电界面，提供了一个简单的手段，以促进增强非线性光学效应。特别是，我们测量了二次谐波产生（SHG）在二硫化钼和WS 2的氟锡氧化物（FTO），它提出了一个ε近零点附近我们的1550 nm的泵浦波长。偏振SHG测量揭示了FTO上的SHG强度比玻璃基板上高一个数量级。
2020-11-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Optical Kerr nonlinearity of disordered all-dielectric resonant high index metasurfaces with negative refraction
首次估计了负折射材料的光学克尔效应。这是通过三维时域有限差分（FDTD）模拟的无序双分散超颖表面组成的高折射率（GaP）球在532 nm的波长。超颖表面包括随机布置在平面上的球形颗粒，其具有接近磁和电偶极子Mie共振的两个尺寸。超颖表面的有效非线性折射率的实部是在超颖表面具有负折射率的Mie共振附近计算的。在负折射条件下，光学克尔非线性有一个峰值。通过浓度跃迁到负折射态，研究了双分散超颖表面的折射率随强度的变化。结果表明，当有效线性折射率接近零时，单层超颖表面的非线性克尔系数有最大值。
2020-03-18 physics.app-ph physics.optics
Single photon emitters in monolayer semiconductors coupled to transition metal dichalcogenide nanoantennas on silica and gold substrates
本文利用多层TMD纳米天线在SiO2和金衬底上局域化形成WSe2单光子发射器，实现强光子增强与高收集效率，并通过数值模拟优化几何结构，使荧光增强达4-5个数量级。
2024-08-02 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Tunable subnanometer gap plasmonic metasurfaces
折射率决定了光在材料中的流动。在可见光和近红外波长下，对于天然存在的透明材料，折射率的实部被限制为小于3，这从根本上限制了应用。在这里，我们进行了实验，以研究在可见光和近红外波长的自组装超颖表面的有效折射率的上限。厘米级的超颖表面由六方密堆积（hcp）单层的金纳米球涂有可调的烷乙氧基化物配体壳，控制粒子间的间隙从2.8到0.45 nm。与孤立的二聚体研究相反，宏观尺度的区域允许同时探测数十亿个间隙，并且hcp对称性导致共振模式中的大波长偏移，使得亚纳米长度尺度机制能够在远场中可重复地测量。我们证明了亚纳米间隙，超颖表面的光学响应与经典（本地）模型一致，具有轻微的非本地效应，并且没有明确的证据表明在光学频率下配体介导的电荷转移。我们确定超颖表面的折射率的有效实部对于绿黄颜色具有最小值1.0，然后在红色中迅速达到最大值5.0，并且在远至近红外的情况下保持大于3.5。我们进一步表明改变超颖表面中配体的端基和共轭对光学性质的影响很小。这些结果建立了可见光和近红外线限制的实用上限，可能导致独特的色散工程涂层
2017-11-06 physics.optics
A fully automatized method for the unambiguous wavelength-by-wavelength determination of the thickness and optical property of a very thin film with a transparent range
本文提出一种全自动三步法，利用透明区间先定厚度，再通过一阶泰勒展开和数值回归，在 3.5-6.5 eV 范围内高精度无歧义地同时确定超薄膜的厚度、折射率和消光系数，并在 TiO2 理论与 Hf0.5Zr0.5O2 实验中验证。
2023-03-13 physics.optics
Graphene optical nonlinearity: From the third-order to the non-perturbative electrodynamic regime
发展了一种石墨烯光学非线性的非微扰模型，用于研究超快脉冲沿单层的传播，如含石墨烯的纳米光子集成波导的情况。这种石墨烯“热电子”模型（GHEM）建立在早期工作的基础上，基于二维半导体的费米-狄拉克框架，其主要目的是在自由空间激光束照射下单层的稳态吸收响应。我们的扩展适应的GHEM平面内光物质相互作用下沿石墨烯单层强烈的ps脉冲激发，导致载流子密度饱和制度。我们首先提供了一个定量概述的“经典”微扰三阶非线性响应，然后研究石墨烯的静态和瞬态响应作为GHEM参数的函数，重点是单层质量和电压可调性。这些结果进行了比较，饱和吸收和非线性折射的唯象模型，最近的实验工作显示出良好的一致性。总之，GHEM将实验观察到的吸收和折射光学非线性统一在一个单一的多参数框架中，因此能够评估衍射限制纳米光子波导等结构中的电压可调光-物质相互作用。这种形式主义可以很容易地采用太赫兹频率，适应多通道（例如泵浦探测）的非线性效应，或开发，包括载波和晶格温度扩散，以扩展其有效性阈值。
2022-03-17 cond-mat.mes-hall physics.optics
Dielectric environment engineering via 2D material heterostructure formation on hybrid photonic crystal nanocavity
RIKEN Pioneering Research Institute（理化学研究所先驱研究本部）；RIKEN Center for Advanced Photonics（理化学研究所先进光子学中心）；National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)（产业技术综合研究所）；Kobe University（神户大学）
通过在混合光子晶体纳米腔上构建二维材料异质结构，实现对电介质环境的灵活工程，增强光-物质相互作用并提高腔体性能。
2025-09-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
Transition metal dichalcogenide nanodisks as high-index dielectric Mie nanoresonators
单层过渡金属二硫属化物（TMDC）最近被提出作为一个独特的激子平台，先进的光学和电子功能。然而，尽管进行了大量的研究工作，但人们在很大程度上忽视了，除了显示出丰富的激子物理特性外，TMDC还具有非常高的折射率。这为利用这些材料构建基于亚波长几何模式的谐振纳米天线提供了可能性。在这里，我们表明，从剥离的多层WS $_2$制造的纳米盘支持不同的米氏共振和所谓的anapole状态，可以很容易地调谐在可见光和近红外光谱范围内的波长通过改变纳米盘的大小和纵横比。我们认为，TMDC材料的各向异性和激子的存在，大大丰富了纳米光子学的基础上等离子体和众所周知的高折射率材料，如硅的传统方法的补充。作为一个概念验证，我们展示了一种新的制度的光-物质相互作用，anapole激子极化激元，我们实现在一个单一的WS $_2$纳米盘。因此，我们的研究结果表明，纳米图案的TMDC是有前途的高折射率纳米光子学应用的材料，具有丰富的功能和优越的前景。
2018-12-10 physics.optics
Simulation Driven Design of a Multilayer Plasmonic Sensor Using Cu Ni and BaTiO3 for Waterborne Pathogen Detection
Birla Institute of Technology and Science, Pilani（比拉理工学院）
本文提出了一种基于Cu Ni和BaTiO3的多层等离子体传感器，通过仿真优化实现高灵敏度的水生病原体检测。
2025-12-21 physics.optics
Combining ultrahigh index with exceptional nonlinearity in resonant transition metal dichalcogenide nanodisks
本研究利用3R相多层二硫化钼兼具超高折射率与强二阶非线性的特性，制备支持共振无辐射环形偶极态的纳米盘，实现超百倍二次谐波增强，为高折射率过渡金属二硫化物非线性与量子纳米光子学研究开辟新路径。
2023-08-22 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Realization of Z$_2$ topological photonic insulators made from multilayer transition metal dichalcogenides
University of Sheffield（谢菲尔德大学）；University of York（约克大学）
本研究利用多层WS₂的优异光学与加工特性，制备出拓扑自旋霍尔光子晶格，验证了近红外光子带隙与畴界单向传播特性，为层状材料基纳米光子器件研究开辟新路径。
2024-07-08 cond-mat.mes-hall physics.optics
