中国石油大学（华东）理学院，山东 青岛 266580
具有超高品质因子的光学微腔是构造各种集成光子器件的重要组件，以光子晶体微腔为基础的混合微腔为实现强烈的光和物质相互作用提供了一个新颖的平台，在腔量子电动力学、集成单光子源、量子计算等方面都具有十分广阔的应用前景。本文基于双异质结构光子晶体微腔，结合蝶形金纳米天线等离激元结构，设计实现了一种可见光波段的新型光子-等离激元混合微腔，并通过改变蝶形金纳米天线的间隙、角度、长度、厚度、相对位置等结构参数，利用三维时域有限差分法研究了等离激元纳米结构对混合腔的品质因子、有效模式体积、品质因数的调控规律，模拟结果显示，混合腔的有效模式体积和品质因数分别始终稳定在10-6（λ/n）3和108（λ/n）-3数量级，最佳品质因数值可达5.730689×108（λ/n）-3，优于其他类型的微腔。
光电子学 纳米光子学和光子晶体 光子晶体微腔 等离激元 纳米天线 品质因子 时域有限差分法 激光与光电子学进展
2023, 60(15): 1525002
1 东北石油大学 物理与电子工程学院, 黑龙江 大庆 163318
2 香港城市大学 物理系, 香港 九龙 999077
为实现可调谐的多重Fano共振特性及设计高灵敏度折射率传感器，本文提出一种纳米环-七聚体金属-介电纳米天线结构，利用有限元方法（Finite Element Method, FEM）研究了Fano共振特性的影响因素和变化规律。研究表明，纳米环-七聚体金属-介电纳米天线的Fano共振特性对高度、入射角度和结构间隙的变化非常敏感；纳米天线的电场强度和电偶极源激发下的珀赛尔系数（Purcell factor, PF）可达134.74 V/m和3214，使得纳米天线中心位置附近的电场强度得到大幅增强；复合纳米天线结构具有较高的灵敏度S和品质因数FOM，分别为1400 nm/RIU和17 RIU−1，可作为评价高灵敏度折射率传感器的重要性能指标。本文为实现复合纳米天线结构中Fano共振的可调谐特性提供了一种可行途径，为表面增强拉曼散射、量子发射器和折射率传感器等实际应用奠定了坚实的理论基础。
纳米天线 折射率传感器 Fano共振 近场增强 nanoantenna refractive index sensor Fano resonance near-field enhancement
1 天地一体化信息技术国家重点实验室， 北京 100095
2 北京卫星信息工程研究所， 北京 100095
为了实现光相控阵的大规模扩展和无栅瓣扫描，提出了一种工作波长为1550 nm的小型化高效率的介质光纳米天线。设计的天线呈喇叭形，由硅材料构成，尺寸为亚波长量级。光通过硅波导从天线底部馈入，之后再被天线有效地辐射到自由空间中。由于硅材料对波长为1550 nm的光是透明的，因此材料吸收所造成的损耗非常小，天线具有很高的辐射效率。利用三维电磁场仿真软件对天线进行仿真、优化，最终得到在垂直于辐射方向的平面上投影尺寸为0.82 μm×0.28 μm的天线。仿真、优化的结果表明，天线在1550 nm处的增益为6.1 dB，辐射效率为82.7%，具有方向图对称性好、主瓣垂直辐射、无双向辐射等良好的辐射特性。
光通信 红外光学器件 光纳米天线 亚波长 硅基光电子 激光与光电子学进展
2018, 55(8): 080601
西安电子科技大学电子装备结构设计教育部重点实验室, 陕西 西安 710071
基于光的波动性,提出了一种用于太阳能收集的螺旋纳米天线结构,并利用时域有限差分法对其进行分析。该天线结构由两个共面的阿基米德螺旋臂及基底介质组成,分析了天线的辐射效率和极化特性。新的螺旋纳米天线在400~1600 nm的波长范围内(占太阳总能量的85%)可获得高达74.49%的总辐射效率,高于先前学者提出的偶极子天线结构。同时,对于不同方向入射的线极化平面波,螺旋天线馈电间隙处可获得同等量级的局域电场增强,表明该天线能够兼顾太阳光的任意极化特性。
物理光学 螺旋纳米天线 时域有限差分法 辐射效率 极化特性
National Laboratory of Solid State Microstructures, College of Engineering and Applied Sciences and Collaborative Innovation Center of Advanced Microstructures, Nanjing University, Nanjing 210093, China
1 宁波大学 理学院，浙江 宁波 315211
2 南通大学 理学院，江苏 南通 226007
3 长春理工大学 光电子工程学院， 长春 130022
基于表面等离激元受激辐射放大（SPASER）机制，提出了一种硅-金-硅三层核壳偏心纳米天线，并利用有限元法分析了其多波长散射特性.结果表明：在SPASER机制下，该纳米天线产生极大的散射光强度，且工作波长的数目随着硅核偏心率的增加而增加；当硅核的偏心率为9 nm 时，该纳米天线有4个共振峰，分别位于615 nm、 656 nm、724 nm 、847 nm，其对应的散射强度比非SPASER机制的纳米天线的散射强度高104倍；该纳米天线的散射波长还可以通过改变入射光的偏振角调节.基于SPASER机制的纳米天线对于设计多波长纳米激光器具有指导意义.
表面等离激元受激辐射放大 局域表面等离子体共振 吸收截面 散射截面 纳米天线 SPASER Localized surface plasmon resonance Absorption cross-sections Scattering cross-sections Nanoantenna 光子学报
2016, 45(10): 1024001
1 北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100094
2 中国工程物理研究院 复杂电磁环境实验室, 四川 绵阳 621900
纳米天线侧向散射的方向性在生物感测以及表面增强光谱学等领域都有重要研究价值。侧向散射方向性的产生需要破坏纳米天线相对于平面波极化方向的镜像对称,由纳米粒子阵列构成的纳米天线排列灵活,易于实现非镜像对称结构。采用T-matrix方法对V型纳米金球阵列天线进行数值模拟,研究了其侧向散射的方向性,分别讨论了不同阵元数目构成的不同臂长、不同臂间开角、不同球形阵元半径、不同阵元球心间距对V型天线侧向散射方向性的影响。研究表明V型纳米阵列天线具有侧向散射方向性的可调性。
纳米天线 侧向散射 球形阵列 T-matrix方法 nanoantenna side scattering sphere array T-matrix method 强激光与粒子束
2014, 26(7): 073210
