All-optical Control of surface plasmon polaritons based on metal slit structures

表面等离激元是束缚在金属—介质交界面上的一种电磁波模式,可突破衍射极限,被认为是下一代集成光子回路最有希望的信息载体。基于我们的研究工作,就几种表面等离激元金属狭缝结构的原理和应用做了简单概述。利用法布里-波罗谐振腔、法诺共振、多模干涉等光学效应,这些金属狭缝结构可对表面等离激元的传输行为进行有效地调控。在理论上和实验上,利用金属狭缝结构实现了亚波长表面等离激元单向激发器、亚微米宽带单向激发器、亚微米分束器、超紧凑纳米聚焦器件和亚微米全光开关等纳米光子器件。这些纳米光子器件在纳米集成光学中具有重要应用。     

基于表面等离激元耦合调控石墨烯点阵结构

由于石墨烯的无带隙线性能级结构,使得石墨烯等离激元具有能量局域强,响应频段宽,传播距离长,并可由偏置电压动态调控等优良特性。文章利用不受光信号的入射角和偏振方向影响的石墨烯点阵结构,结合石墨烯之间的表面等离激元耦合,通过改变底层石墨烯的费米能级,实现了石墨烯点阵结构谐振频率的调控。     

基于硅-绝缘体结构的石墨烯等离激元波导

提出一种由硅-绝缘体(SOI)结构与涂覆石墨烯层的纳米线(GCNW)构成的低损耗波导结构,采用有限元方法详细研究波导结构中石墨烯等离激元基模传输特性对频率、几何参数、材料参数以及石墨烯化学势的依赖关系.仿真结果表明,该波导中低折射率的SiO2介质层可实现高性能的深度亚波长光约束.得益于低折射率的SiO2介质层和SOI衬...     

介质加载表面等离激元的近场光学观测

利用扫描近场光学显微术(SNOM),观测并分析了基于银膜衬底上CdS纳米带的介质加载表面等离激元(Dielectric-loaded Surface Plasmon Polariton,DLSPP)的激发现象.通过SNOM可以观察到纳米带不同位置的光致荧光光谱峰位有30 meV的红移量.利用Franz-Keldysh效应可以很好地解释能量红移的产生.有限时域差分法的模拟结果进一步验证了实验中观测的现象.这种DLSPP的激发结构,对于光子集成电路及基于等离激元的微纳器件波导有实际意义.     

纳米光栅的表面等离激元增强型GaN-LED

为提高传统GaN基LED的发光效率,提出了一种基于纳米光栅结构的透射式表面等离激元增强型GaN-LED。该增强型LED包含覆盖在p型GaN光栅槽内的低折射率SiO2膜、Ag膜以及槽表面的ITO薄膜。详细阐述了该结构增强LED发光特性的基本原理,利用基于有限元法的模拟软件COMSOLTM-RF Module对该结构进行参数优化和数值模拟分析。研究结果表明,在周期p=280 nm,占空比f=0.5,SiO2层的厚度dSiO2=25 nm,银层的厚度dAg=15 nm,ITO层的厚度dITO=30 nm时,该结构在可见光范围内具有较高的传输效率,其零阶透射率高达0.716,零阶反射率为0.224,-1阶透射率峰值0.183,且Purcell因子增强了近16.4倍。该结构可以同时提高GaN基LED的内量子效率、光萃取效率和SPP萃取效率。     

表面等离激元半导体纳米激光器

激光技术的发展推动了现代科学与技术的进步,改变了人类的生活。其中微型化激光光源成为目前的研究热点之一。得益于金属等离激元的光场强局域化作用,等离激元纳米激光器不仅能够获得突破光学衍射极限的超小物理尺寸,而且可以实现大调制速度以及极小的激射阈值,从而受到广泛的关注。对国内外等离激元纳米激光器的近期进展进行了综述,从增益介质、金属种类和器件结构三个方面进行对比总结,最后对等离激元纳米激光器的未来发展潜力进行讨论和展望。     

基于石墨烯/光子晶体混合结构的石墨烯表面等离激元波导

由于石墨烯的无带隙线性能级结构,使得石墨烯等离激元具有能量局域强,响应频段宽,传播距离长,并可由偏置电压动态调控等优良特性。文章设计石墨烯与光子晶体的混合结构,利用光子晶体的能带结构和线缺陷的特点,形成了石墨烯表面等离激元波导,通过改变石墨烯的费米能级,实现了石墨烯表面等离激元波导频率的调控。     

聚焦表面等离激元研究取得进展

表面等离激元研究是纳米光学研究的重要组成部分。北京大学物理学院朱星教授课题组在对聚焦表面等离激元（SPP）的研究工作中,利用扫描近场光学显微术（SNOM）,通过引入对称性破缺的概念,成功实现了在线性偏振光激发下对SPP干涉条纹的调制。并且快速获得表面等离激元垂直分量的亚波长单点聚焦。这项工作研究了纳米金属围栏分别在径向偏振光和线性偏振光激发下的SPP干涉现象．通过数值模拟和解析计算相结合．建立了SPP在围栏内部的波动模型．很好地解释了SPP聚焦的形成机制．这一工作为今后基于SPP应用的微纳光电器件的发展提供了新方法。     

表面等离激元纳米结构增效的光电探测器进展（特邀）

光电探测器作为航空航天、深空探测和环境监测等领域的核心器件之一,具有重要的科学研究和实用价值。表面等离激元具有可突破光学衍射极限、实现纳米聚焦的性质,为光电探测器的性能提升提供了全新的技术手段,是近年来光电探测增效研究领域的热点之一。文中围绕表面等离激元纳米结构增效的光电探测器研究展开综述,首先介绍了各类表面等离激元纳米结构的物理特性,主要包括局域表面等离激元结构和传导型的表面等离极化激元结构,以及由表面等离激元金属和半导体材料构成的异质结构;然后重点从探测器性能、探测原理和工艺方法等角度,介绍了等离激元纳米结构增强的光电探测器的研究进展;最后对表面等离激元纳米结构增效的光电探测器及其在未来面临的挑战进行了总结和展望。     

石墨烯动态调控太赫兹表面等离激元

太赫兹表面等离激元(SPPs)是利用亚波长周期性结构在太赫兹频段模拟的具有与可见光频段表面等离激元相似的光学特性的电磁波,分为传输型和局域型2种。本文将石墨烯引入太赫兹表面等离激元结构作为动态激励源,通过外加偏压改变石墨烯的电导率,分别实现了对传输型表面等离激元的幅度、频率、相位和对局域表面等离激元共振强度的动态调控。本文方法为表面等离激元的动态调控提供了新的思路,拓宽了表面等离激元在太赫兹频段的应用。     

单椭圆太赫兹金属线表面等离激元的特性研究

使用有限元方法(FEM)分析了椭圆柱形金属线在0.5THz太赫兹波下的表面等离激元的特性。这种场与圆柱形金属线表面等离激元类似,具有低损耗、低色散的特性。研究结果表明,随着长轴与短轴比值的增加,椭圆柱形金属线的场逐渐分裂开并越来越向椭圆的两个尖端区域集中,损耗也一直在显著减小,故传播距离始终在增大。由于这些特性,椭圆形横截面金属线适用于太赫兹波导、聚焦以及成像等领域。     

纳米颗粒局域表面等离激元共振的光谱特性研究进展

LSPR与以往的SPR相比,具有独特的光学特性,在紫外-可见光区域表现强吸收作用的光学响应,且在温度,生物以及化学等传感器领域做出了比较独特的研究。通过对LSPR在传感器领域已有成果的论述,将这些内容呈现给读者。     

表面等离激元波导-腔结构中的Fano共振

正表面等离激元Fano共振是由金属纳米结构中窄带的暗态和宽带的明态相互耦合产生的,由于它具有陡的非对称响应谱和场增强效应,因此在纳米光子器件中具有重要应用,如调制器、光开关、传感器等。利用有限元和散射矩阵理论相结合的方法研究了表面等离激元波导-腔结构中Fano共振的物理机制,包括耦合谐振腔效应、多模共振耦合效应等、基于上述表面等离激元波导-腔结构中的Fano共振,实现了分柬、光开关、传感器等纳米光子器件、由于表面等离激元波导具有亚波长束缚并在芯片上易于集成,这些基于表面等离激元波导-腔结构的纳米光子器件在高度集成光子回路中具有重要应用前景、