1 郑州航空工业管理学院材料学院, 河南郑州, 450046
2 郑州大学物理学院(微电子学院), 河南郑州, 450001
光散射中的anapole态是纳米光子学领域的一种独特的光学现象, 可以用Mie理论以及多极展开理论进行分析。对于最常见的一阶电anapole态, 其可以看做是由笛卡尔坐标系下电偶极矩和环偶极矩的干涉相消产生, 具有典型的远场散射抑制和近场增强性能。本文首先对anapole态的基本概念和理论进行阐述, 其次对激发anapole态的微纳结构进行总结, 最后结合anapole态独特的光学特性, 对其在近场增强、非线性光学、激光等方面潜在的光子学应用和最新研究进展进行了讨论和展望。
anapole态 Mie理论 超材料 近场增强 光学非线性 纳米激光器 anapole state Mie theory metamaterial near-field enhancement optical nonlinearity nanolaser
红外与激光工程
2023, 52(6): 20230196
1 南京大学 现代工程与应用科学学院、光热调控研究中心，南京 210093
2 浙江工商大学 信息与电子工程学院（萨塞克斯人工智能学院），杭州 310018
金属表面等离激元是光与金属表面自由电子集体振荡耦合形成的一种表面电磁模式，具有突破衍射极限的光传输能力和纳米尺度的电磁能量局域效应。然而，亚波长、高局域的金属表面等离激元也同时呈现出能量损耗较高的特性，这使得等离激元光子器件的实用化仍然面临严峻挑战。碱金属作为等离激元领域的新材料，具有众多优异的性质，使之成为突破贵金属（金和银）光频损耗极限可能的材料体系之一。总结了金属表面等离激元的基本光学性质及其研究进展，在当前等离激元损耗研究的基础上，重点归纳了碱金属等离激元损耗的理论分析方法，并分析了碱金属等离激元的实验进展与当前需要解决的问题，为碱金属等离激元学的进一步发展提供了思路。
碱金属 等离激元 损耗 纳米激光器 旋涂法 Alkali metals Plasmons Loss Nanolaser Spin coating procedure 
Author Affiliations
Abstract
Optical antennas play an important role in optical field manipulation. Among them, nanoscale bowtie antennas have been extensively studied for its high confinement and enhancement. In this mini-review, we start with a brief introduction of bowtie antennas and underlying physics. Then we review the applications with respect to optically and electrically excited nanoscale bowtie antennas. Optically driven bowtie antennas enable a set of optical applications such as near-field imaging/trapping, nonlinear response, nanolithography, photon generation and detection. Finally, we put emphasis on the principle and applications of electrically driven bowtie antennas, an emerging method of generating ultrafast and broadband tunable nanosources. In a word, nanoscale bowtie antennas still have great potential research value to explore.Optical antennas play an important role in optical field manipulation. Among them, nanoscale bowtie antennas have been extensively studied for its high confinement and enhancement. In this mini-review, we start with a brief introduction of bowtie antennas and underlying physics. Then we review the applications with respect to optically and electrically excited nanoscale bowtie antennas. Optically driven bowtie antennas enable a set of optical applications such as near-field imaging/trapping, nonlinear response, nanolithography, photon generation and detection. Finally, we put emphasis on the principle and applications of electrically driven bowtie antennas, an emerging method of generating ultrafast and broadband tunable nanosources. In a word, nanoscale bowtie antennas still have great potential research value to explore.
bowtie antenna near-field imaging nanolithography nonlinear nanolaser inelastic tunneling Opto-Electronic Science
2022, 1(4): 210004
1 衢州学院 电气与信息工程学院, 浙江 衢州324000
2 上海大学 机电工程与自动化学院, 上海200072
3 燕山大学 电气工程学院, 河北 秦皇岛066044
为了实现纳米激光器的性能优化, 设计了一种基于纳米线、半圆形氟化镁、三角形空气槽和金属脊结构的纳米激光器模型。模型中耦合在低折射率电介质层中的SPP模式和纳米线波导可以在低折射率间隙下像电容器那样存储光能, 从而使低折射率的空气槽场强明显增大。应用有限元法在COMSOL Multiphysics软件下, 分析了该纳米激光器模型的电场分布、模式特性、品质因数和增益阈值随着设计结构几何参数变化的规律, 通过各部分折线图的综合分析来得出模型性能的数据。分析表明: 该模型的光场约束能力较强且传播损耗较低, 其中归一化面积最小可达到0.004 8, 有效传输损耗最小可达到0.002。波导模场区域和限制因素表明, 该激光器模型可以实现输出光场的亚波长约束。该模型基本实现了低增益阈值、低传输损耗和高品质因数的要求。
纳米激光器 表面等离子体 模式特性 增益阈值 品质因数 有限元 nanolaser surface plasmon mode properties threshold quality factor finite element
燕山大学电气工程学院, 河北 秦皇岛 066004
设计了一种带圆角的金属脊和低折射率空气间隙的新型混合表面等离子体波导结构。基于有限元法建立数学模型, 在工作波长为489 nm的可见光波段研究了该波导的电场分布、归一化模式面积、传输距离、品质因子和珀塞尔因子随金属脊曲率半径的变化情况。结果表明, 调整结构参数可使波导实现超深亚波长的光场限制, 同时获得较大的SPPs辐射增强倍数。在最优几何参数(纳米线半径为95 nm, 金属脊曲率半径为20 nm)下, 波导有效模式面积为0.0037λ2, 品质因子为268, 珀塞尔因子为65, 增益阈值为 0.2768 μm-1, 其表征激光增强值为69800。该激光器谐振腔具有超强的局域能力和激光增强能力, 可以实现超深亚波长的低阈值激射。
激光器 表面等离子体 纳米激光器 波导 中国激光
2017, 44(10): 1001005
School of Physical Electronics, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 610054, China
半导体激光器在生物技术、信息存储、光子医学诊疗等方面得到了广泛应用。随着纳米技术和纳米光子学的发展，紧凑微型化激光器应用前景引人关注。当激光器谐振腔尺寸减小到发射波长时，电磁谐振腔中将产生更为有趣的物理效应。因此，在发展低维、低泵浦阈值的超快相干光源，以及纳米光电集成和等离激元光路时，减小半导体激光器的三维尺寸至关重要。在本综述中，首先介绍了纳米等离子体激光器中的谐振腔模式增益和限制因子的总体理论，并综述了金属-绝缘材料-半导体纳米(MIS)结构或其它相关金属覆盖半导体结构的纳米等离子体激光器各方面的总体研究进展。特别地，对基于MIS结构的等离子体谐振腔实现纳米等离子体激光器三维衍射极限的突破，进行了详细的介绍。本文也介绍并展望了纳米等离子体激光器的技术挑战和发展趋势，为纳米激光器进一步研究提供参考。
等离子体激光器 表面等离子体激元 微纳加工 plasmonic nanolaser surface plasmon micro/nanofabrication
1 燕山大学 电气工程学院, 秦皇岛 066004
2 东北大学秦皇岛分校 控制工程学院, 秦皇岛 066004
设计了一种带有金属脊和氟化镁夹层的紫外混合表面等离子体纳米激光器。在COMSOL Multiphysics软件的基础上, 使用有限元法分析了所设计激光器结构的电场分布、模式特性、品质因数和增益阈值。结果表明: 在工作波长为390 nm的紫外波段, 通过最优参数设计, 其光场约束可达到较好的深亚波长水平, 同时保持高的品质因数、低的损耗和阈值。与平坦金属层结构相比, 在相同的参数下, 所设计的结构具有更强的光场限制能力和更强的微腔束缚能力, 有潜力使纳米设备趋于小型化和集成化。
表面等离子体 紫外波 纳米激光器 模式特性 增益阈值 品质因数 surface plasmon ultraviolet nanolaser modal properties gain threshold quality factor 强激光与粒子束
2016, 28(11): 112006
1 燕山大学电气工程学院， 河北 秦皇岛 066004
2 东北大学秦皇岛分校控制工程学院， 河北 秦皇岛 066004
提出了一种基于混合表面等离子体波导（HPW）的纳米激光器，并对其进行了理论研究和仿真分析。此结构通过金属-介质界面的表面等离子体模式与高增益介质半导体纳米线波导模式耦合，使中间的空气间隙场强得到显著增大，并保持低损耗传输，实现对输出光场的深亚波长约束。通过对几何参数进行优化，得到具有较小阈值和较高品质因数的纳米激光器。与边缘耦合混合表面等离子体纳米激光器比较可知，当二者的几何参数相同时，基于HPW的纳米激光器具有更小的阈值。
激光器 表面等离子体 纳米激光器 有限元 混合表面等离子体波导 中国激光
2016, 43(10): 1001005
