1 山西大学物理电子工程学院，山西 太原 030006
2 山西大学激光光谱研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室，山西 太原 030006
3 山西大学极端光学协同创新中心，山西 太原 030006
设计了一种基于二氧化钒的动态可调谐的红外线超宽带吸收器。数值模拟表明：对于横磁（TM）波，当入射角由0?增加到60?时，在17~55 μm波长范围内，吸收器的吸收率可以保持在90%左右；对于横电（TE）波，当入射角由0?增加到55?时，在10~55 μm波长范围内，依然可以实现90%左右的高效吸收；当TM波或TE波垂直入射时，在16~60 μm波段，吸收率大于90%，吸收带宽可以达到54 μm。当二氧化钒的电导率从20 S/m逐渐变化到2×105 S/m时，超宽带吸收器可转换为多峰吸收器。与之前报道过的基于二氧化钒的吸收器相比，所设计的吸收器的带宽和可调性得到了显著改善。该吸收器有望在偏振探测器、热辐射器、红外传感器等领域中得到应用。
表面光学 红外线吸收器 超宽带吸收器 VO2 LiF TiO2 表面等离子体共振 中国激光
2023, 50(19): 1913001
基于单层图案化石墨烯超材料在太赫兹波段实现了等离子诱导透明效应，利用耦合模式理论（CMT）分析了等离子诱导透明产生的机理，得到的理论结果与时域有限差分方法计算的结果高度一致。通过调节石墨烯费米能级对等离子诱导透明特性进行了动态调控，并实现了多模同步异步开关的设计，在2.16、3.01、3.84 THz三个频率处的振幅调制度分别为95.77%、83.42%、95.58%，消光比最高可达13.73 dB。对慢光效应的研究结果表明群折射率可达180。本研究为设计光电子器件提供方案和指导。
材料 表面等离子体 石墨烯 等离子诱导透明 电光开关
1 山西大学物理电子工程学院，山西 太原 030006
2 山西大学激光光谱研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室，山西 太原 030006
3 山西大学极端光学协同创新中心，山西 太原 030006
设计了一种基于VO2、NaF和TiO2材料的红外线超宽带可调吸收器，并采用有限元方法对其吸收特性进行了分析。结果表明：当入射波垂直入射时，吸收率对偏振角不敏感。在21~25 μm及35~43 μm波长范围内，吸收率可以达到99.8%。在12~51 μm范围内，吸收率可以达到90%。在0~55°入射角范围内，横磁（TM）波在12~52 μm波长范围内，横电（TE）波在20~45 μm波长范围内，吸收率均可达到80%以上。获得宽带吸收的主要原因是表面等离子体共振效应。通过改变VO2的电导率，可以调节吸收器的吸收率，实现吸收率的可调性。所设计的红外线超宽带吸收器具有优良的吸收性能，在传感、探测及能量收集和转化等方面具有潜在的应用价值。
表面光学 红外线吸收器 宽带 VO2 NaF TiO2 表面等离子共振
西北大学物理学院光子学与光子技术研究所，陕西 西安 710127
太赫兹波作为未来6G通信的一个重要波段，是目前光学和电子学交叉方向的研究热点，但是其中的太赫兹源，尤其是基于微纳光学的集成型太赫兹源备受关注。基于纳米天线阵列中的等离子体共振响应特性，设计了一种宽波段的太赫兹辐射源。利用麦克斯韦方程和金属等离子体的动力学方程，研究了纳米天线阵列在脉冲激光激发下太赫兹时域信号的产生过程。研究发现产生的太赫兹辐射的偏振和入射光的偏振垂直，其发射带宽和激发光的脉宽密切相关。纳米天线阵列具有可设计和易集成性，有望在集成型太赫兹源器件方面有较好的应用，并为未来基于表面等离子体光学的太赫兹源设计提供理论基础。
光通信 纳米天线 太赫兹辐射 微纳光学 表面等离子体 光学学报
2022, 42(15): 1506001
1 山西大学物理电子工程学院，山西 太原 030006
2 山西大学激光光谱研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室，山西 太原 030006
3 山西大学极端光学协同创新中心，山西 太原 030006
设计了一种基于Bi1.5Sb0.5Te1.8Se1.2材料的能对紫外线实现宽角度吸收的多凹槽型吸收器。采用有限元方法对该吸收器的吸收机制以及吸收特性与入射波波长、入射角度以及结构参数的依赖关系进行了研究。重点讨论了0°入射时的吸收情况与结构参数之间的关系，并采用归一化的磁场强度分布对所得结果进行了解释。结果表明：该吸收器的吸收机制主要是表面等离子共振和光学谐振腔共振；在优化参数下，当入射角度为0°～70°时，该吸收器的吸收率均可达到80%以上。该吸收器在紫外传感、紫外光催化等领域具有潜在的应用价值。
光学器件 紫外线吸收器 光栅 Bi1.5Sb0.5Te1.8Se1.2 表面等离子共振 光学谐振腔共振 中国激光
2022, 49(17): 1713003
中国计量大学 光学与电子科技学院，杭州 310018
光纤型表面等离子体共振(SPR)传感器波长通常处于可见光波段，为使该类器件工作在光通信窗口，提出一种基于光栅结构的波长可控型海水折射率传感器，传感器传感区域由镀有光栅结构的侧边抛磨光纤构成。研究了传感区域横截面的电场强度分布、光栅不同结构参数与SPR传感器波长的关系以及在海水折射率范围内随着折射率变化共振波长的变化趋势，最后分析了共振波长与折射率两者的关系，得出该传感器灵敏度为5650 nm/RIU，分辨率可达到1.77×10-6 RIU,可实现快速、高灵敏度的海水折射率测量。
海水折射率 表面等离子体 波长可控 the refractive index of seawater surface plasma resonant wavelength-tunable
1 衢州职业技术学院信息工程学院，浙江 衢州 324100
2 衢州职业技术学院机电工程学院，浙江 衢州 324100
3 北京工业大学光电子技术教育部重点实验室，北京 100124
为了能够同时提高GaN发光二极管（light emitting diode，LED）的光提取效率和内量子效率，将GaN LED与准对称光波导（包含光栅、Ag薄层和SiO2层）集成，并基于时域有限差分法对该结构的GaN LED进行了优化与分析。经模拟计算发现，有源区发出的光在Ag薄层激发了表面等离激元，且表面等离激元与有源区产生了珀塞尔效应，因此显著提高了内量子效率。另外，高透射光栅使得LED的光提取效率得到显著提高，且光栅层使得 Ag薄层两侧处形成了折射率准对称的波导结构，这进一步提高了表面等离激元的光提取效率，且Ag薄层两侧的电场呈均匀分布。
表面光学 发光二极管 表面等离子激元 内量子效率 三角光栅 激光与光电子学进展
2021, 58(11): 1124001
