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。     

太赫兹及红外吸波超材料研究进展

随着超材料研究的不断发展,基于超材料结构设计的一系列太赫兹及红外吸波体引起了国内外广泛关注.由于具有高效的吸波性能,太赫兹及红外吸波超材料在现代隐身技术、节能、绝热、生物化学光谱、红外成像、传感和安检等领域具有广泛的应用前景.通过紧密跟踪国内外太赫兹及红外吸波超材料的最新研究进展,讨论总结了太赫兹及红外吸波超材料的吸波机理.由于材料依靠增强电场强度来实现对电磁波的吸收往往比靠材料本身的损耗吸收电磁波有更高的效率,与传统吸波材料的工作原理不同,超材料在太赫兹及红外波段主要依靠亚波长单元结构的设计,降低其等离子体频率,从而实现表面等离激元场增强效应(SPPs).基于此,总结归纳了太赫兹及红外吸波超材料研究中3种有效降低等离子频率的方法,分别为金属表面的周期性结构设计、半导体材料的掺杂和新型碳纳米材料的引入,更加清晰地阐明了表面等离激元场增强效应实现方式.同时,对太赫兹及红外吸波超材料今后的发展给出了自己的认识.     

表面等离激元电磁波吸收体研究进展

表面等离激元电磁波吸收体具有新颖的吸波机制、超高的吸收率、超薄的厚度、超小的单元结构、角度不敏感等特点, 使其在太阳电池、紫外防护、光电探测等领域受到广泛关注。文章围绕表面等离激元电磁波吸收体展开综述, 首先根据其吸波特性的不同, 将其分为窄带、多频带及宽带吸收进行概述, 接着详细介绍了窄带、多频带、宽带表面等离激元电磁波吸收体近年的研究进展, 最后对表面等离激元电磁波吸收体的发展前景进行了展望。     

基于柔性基底的双层J型可拉伸手性太赫兹超表面

结构的手性在自然界中普遍存在,通常表现为不能通过平移或旋转与其镜像结构重合的现象。因为光谱探测技术能够反映光和物质相互作用产生的丰富信息,所以利用光学方法检测手性特征成为了探测和鉴别手性物质的常用手段。手性超表面能够通过人工设计达到极大的圆二色性（CD）,是物质检测和传感领域的研究热点。设计了一种可动态调控CD响应,同时实现高传感性能的太赫兹手性超表面。该超表面以柔性材料为基底,前后表面为四重旋转对称的J型金属结构。仿真结果表明：该手性超表面在0.760 THz处能够产生高达0.805的强CD值;通过二维方向等比例拉伸,CD峰从0.760 THz红移至0.650 THz附近,且能保持很高的CD信号;同时,其传感灵敏度高达327 GHz/RIU,且在相对拉伸形变量高达20%的拉伸过程中仍能较好地保持手性响应和传感性能。所设计的手性超表面在动态多功能器件、可穿戴传感器领域具有潜在的应用价值。     

基于手性光场作用的超颖表面的相位调控特性及其应用

超颖表面是近些年刚发展起来的一个有着重要应用潜力的新兴前沿领域。文中在对超颖表面研究现状的分析基础上,提出并研究一种基于棒形纳米天线阵列的超颖表面,在手性圆偏振光场作用下产生无色散的表面相位突变,从而对出射光波前相位进行调控,并在此基础上研究若干新颖功能应用,包括依赖于手性的广义折/反射定律,双极性可控平板透镜,宽带涡旋光束生成,手性选择性表面等离激元定向激发,三维纳米全息等。     

基于表面等离激元的超薄隐身套的实验验证

针对超材料透波隐身套厚度大的问题,提出了基于表面等离激元的超薄隐身套,通过超材料套层将入射电磁波耦合为表面等离激元波并传输至障碍物后方,实现超薄透波隐身。设计了基于开口谐振环的表面等离激元耦合层,将其包覆在金属圆柱表面,制作了基于表面等离激元的超薄隐身套原理样件并进行了对比测试。实验结果表明,该隐身套在其厚度仅为工作波长的1/30 时具有良好的绕行透波性能。     

基于表面等离激元波导相位反转的可调Fano共振研究

表面等离激元是金属界面的自由电子俘获入射光波,在界面形成的一种混合激发态。表面等离激元能够突破光的衍射极限,将能量局域在金属-介质界面,基于表面等离激元原理的波导器件可以真正实现亚波长尺寸,被认为是最理想的纳米集成光路的信息载体。而Fano共振的产生,源于原子系统中一个分立的激发态能级与一个连续的激发态能级相互重叠,两个激发态之间出现了量子干涉。文章提出了基于亚波长非线性表面等离激元波导侧双齿双腔MIM(金属—介质—金属)结构。波导及齿状结构提供了一个连续态模式,而双侧腔提供了分离态模式,这两种模式发生干涉,产生了Fano共振现象。通过调节光强的大小对非线性腔进行调节,该系统实现了Fano线性发生了反转及相位反转的全关调制。     

太赫兹表面等离激元的研发与应用

表面等离激元的研究推动了超分辨成像、高灵敏传感、片上集成系统等应用的发展。将其应用在太赫兹这一高穿透性、高带宽波段时必然会带来更多迷人的功能。由于太赫兹波段频率较低,表面等离激元具有许多不同于可见光的现象。通过控制金属表面微纳结构或半导体材料与太赫兹波之间的相互作用,人们实现了对太赫兹波表面波的控制。本文综述了太赫兹波段表面等离激元的基本原理和研究历程,介绍了近年来在此波段开展的热门研究成果,如波前整型、片上波导、可调谐器件等,最后总结了这一领域的发展瓶颈并展望了未来主要发展方向,希望能够进一步推动太赫兹波段表面等离激元应用的发展。     

双光子3D打印超表面光器件研究进展

超表面是一种周期性亚波长人工结构薄层，其与入射电磁波共振耦合所引入的相位突变打破了传统光学对空间光程累计的依赖，表现出独特的电磁学特性。过去10年来，超表面以其优于传统光学元件的超薄厚度、超短调制距离和超高分辨率光波操纵能力受到研究者们的广泛关注。并且作为超材料的二维对应物，超表面更易于被制造和集成到器件中，可以工作在微波到可见光波长范围内。常用于超表面的制造工艺包括紫外光刻、电子束光刻、聚焦离子束光刻和纳米压印等，但超表面的大规模应用仍面临加工精度与大面积、大规模制造和加工成本之间的矛盾。基于飞秒脉冲激光和双光子聚合反应的双光子三维(3D)打印技术可以实现高精度、复杂3D模型和无掩膜的一步制造，具有加工便捷和灵活的优点，以及大面积制造的潜力，被广泛应用于超表面结构研究与制备。文章对基于双光子3D打印技术制备的超表面光器件的近期研究工作进行了综述。文章首先概述了超表面的概念、优势及加工方法，然后介绍了双光子3D打印技术的原理、发展历程和工艺优势，随后分类综述和讨论了表面等离激元超表面、超透镜、超表面纳米显示与图像处理和与光纤端面集成超表面的近期研究工作，最后对基于双光子3D打印技术的超...     

基于Fano共振的石墨烯超材料传感特性研究

提出了一种基于Fano共振的太赫兹生物传感器,该传感器由石墨烯微盘三聚体结构组成.使用有限元方法分析了该结构的传输特性.仿真结果表明:石墨烯三聚体结构可以激发Fano共振,该传感器在太赫兹波段的灵敏度可以达到2 THz/RIU,品质因数可达到8;利用石墨烯化学势可以调节谐振峰值,因此在太赫兹波段可实现对谐振峰值的主动调...     

等离激元纳米杯的研究进展

等离激元纳米杯因其结构的非对称分布,显示出独特的电场磁场分布调制、光弯曲、强光散射和高光热转换效率等特性,其制备方法和多领域应用都获得了广泛研究。综述了等离激元纳米杯特别是金纳米杯的制备方法,包括基于微纳加工的物理制备方法和湿化学合成方法,分析对比了各种制备方法的优缺点及适用领域。介绍了等离激元纳米杯的光物理学特性,包括等离激元共振模式、吸收散射光谱特性和电场磁场特性,着重展示了纳米杯参数调谐特性。总结了等离激元纳米杯在光电器件和生物医学等领域的重要应用。最后对等离激元纳米杯的发展趋势与挑战进行了展望。     

复合结构的等离激元模式耦合关系及光学特性研究

提出一种以Au为材料的正方形框和中空圆柱嵌套的亚波长周期性复合结构,采用时域有限差分算法对复合结构进行数值模拟研究.研究发现,波长在400～900 nm的线偏振平面波垂直入射情况下,最小的透过率能达到7.46％,最小的半峰全宽能达到7.25 nm,最大的反射率为87.61％,最大吸收率达到38.00％,且表现出透射光谱...     

交换关联对半导体超晶格等离激元色散关系的影响

本文用优化的局域密度泛函近似所给出的介电矩阵计算了GaAs-Al_xGa_(1-x)As超晶格中等离激元色散关系,得到了对无规相近似的重要修正.     

圆极化解耦手性辅助超表面

设计了一种圆极化手性辅助微波段超表面,根据手性结构的自旋相关响应特点,通过调节单元中圆弧的张角可以独立改变左旋/右旋圆极化波的反射相位,同时反射的同极化波束幅度能维持较高水平。为了证明所提出单元的有效性,分别设计了左右旋波束独立偏转和携带不同拓扑电荷数的涡旋波束2个超表面。仿真结果表明,所提出的单元能够有效对2个正交圆极化波束进行解耦使其独立工作。该方法也可以拓展到其他频率,为电磁波极化复用提供一种新的思路。     

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。     

准周期半导体超晶格的临界等离激元

基于一个普适的模型,在有理数近似下,讨论了准周期超晶格的等离激元的色散关系.导得了一个适用范围较大的条件,借此不仅可以方便地重现一些文献的一系列结果,而且可以确定第Ⅱ类准周期半导体超晶格以及Ⅱ-Ⅵ族准周期半导体超晶格的等离激元的色散关系.文中也提出了一个计算半无限准周期超晶格表面等离激元色散关系的具体方法.     

基于人工表面等离激元的天线研究进展

人工表面等离激元是在人工电磁媒质与传统材料界面激发的一种亚波长表面电磁模式, 具有波长短、场局域增强、色散可调等新奇的电磁特性, 在小型化微波器件、隐身材料与隐身结构、天线/天线罩等领域具有重要应用前景.文章综述了人工表面等离激元在天线中的应用研究进展, 包括基于混合模式耦合、相位梯度超表面解耦、周期结构解耦等原理的端射天线、多波束天线、频扫天线, 为新型天线的研发与应用提供技术支撑.