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光学学报 2025年第8期 305-318页

作者：张信华刘玉春靳翠红韩亚娟常州工学院光电工程学院西安电子科技大学杭州研究院

为了探索一维周期性纳米棒阵列中表面等离激元（SPPs）与量子点的相互作用关系及其应用价值，研究了位于真空和金属界面上一维周期性纳米棒阵列结构中，SPPs的电场、磁场分量所必须满足的两种边界条件。进一步利用周期性结构布洛赫定理... 详细信息

为了探索一维周期性纳米棒阵列中表面等离激元（SPPs）与量子点的相互作用关系及其应用价值，研究了位于真空和金属界面上一维周期性纳米棒阵列结构中，SPPs的电场、磁场分量所必须满足的两种边界条件。进一步利用周期性结构布洛赫定理，推导出SPPs波矢量与布洛赫矢量所决定的特征色散关系。结果显示，该系统中SPPs具有明显的频带和带隙结构。通过调节系统特征参数，包括纳米棒间距、纳米棒材料特性和所涉及的介质类型，SPPs频带结构会随不同参数而变化。通过计算发现，这些SPPs与界面附近的量子点有很强的耦合作用。理论分析发现，通过调控特征参数，可以实现SPPs对量子点激子态的操纵。借由SPPs场的量子化，可计算出这些量子点在SPPs作用下的量子态变化的跃迁率。结果发现，该研究从理论上验证了在一维周期性纳米阵列结构上，SPPs能实现大规模的量子态控制，这可为批量化量子信息处理提供理论依据。

关键词：纳米棒周期性阵列表面等离激元量子点色散关系量子态控制

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表面等离激元量子信息应用研究进展

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物理学报 2017年第14期66卷 46-55页

作者：李明陈阳郭光灿任希锋中国科学技术大学中国科学院量子信息重点实验室合肥230026 中国科学技术大学量子信息与量子科技前沿协同创新中心合肥230026

近年来表面等离激元得到了越来越多的关注和研究,得益于其能把电磁场束缚在金属-介质界面附近的亚波长尺度范围内.本文回顾了近年来表面等离激元在量子信息领域中的理论和实验研究,包括表面等离激元的基本量子性质、表面等离激元量子回... 详细信息

近年来表面等离激元得到了越来越多的关注和研究,得益于其能把电磁场束缚在金属-介质界面附近的亚波长尺度范围内.本文回顾了近年来表面等离激元在量子信息领域中的理论和实验研究,包括表面等离激元的基本量子性质、表面等离激元量子回路、在量子尺度下与物质的相互作用及其潜在应用.量子表面等离激元开辟了对表面等离激元基本物理性质研究的新方向,可以应用于高度集成化的量子集成光学回路,同时也可以用来增强光与量子发光体的相互作用.

关键词：表面等离激元量子信息量子光学回路量子发光体

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表面等离激元调控化学反应

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物理学报 2019年第14期68卷 69-83页

作者：张宝宝张成云张正龙郑海荣陕西师范大学物理与信息技术学院

表面等离激元是金属与介质表面自由电子的集体振荡,能够突破衍射极限,将光束缚在纳米结构表面附近极小的空间内,为纳米尺度的光操控提供可能.利用表面等离激元共振,不仅可以增强局域表面电磁场强度,实现对表面附近分子荧光和拉曼信号的... 详细信息

表面等离激元是金属与介质表面自由电子的集体振荡,能够突破衍射极限,将光束缚在纳米结构表面附近极小的空间内,为纳米尺度的光操控提供可能.利用表面等离激元共振,不仅可以增强局域表面电磁场强度,实现对表面附近分子荧光和拉曼信号的极大增强,而且等离激元弛豫诱导的热电子还可以调控表面分子的化学反应,提高反应速率和选择性,即等离激元调控(催化)化学反应.作为一种新型催化体系,等离激元催化已经实现了多种传统光催化中难以发生的化学反应,是表面等离激元领域的前沿热点问题.由于等离激元催化反应的复杂性与多样性,其反应动力学过程的完全表征和反应机理的揭示仍然是一个巨大的挑战.精确表征催化反应的中间及最终产物,获取反应动力学过程中更多的细节信息,对于探索等离激元催化机理,以及设计更为合理高效的催化体系极为重要.本文围绕等离激元催化的最新研究进展,总结并探讨等离激元催化中所使用的各种表征技术.首先,简单介绍了等离激元催化的基本概念和催化机理.其次,综述了拉曼光谱(包括表面/针尖增强拉曼光谱),在等离激元催化原位监测中的应用,并进一步详细介绍了气相色谱法、气相色谱-质谱联用、高效液相色谱法、扫描透射电子显微镜、扫描隧道显微镜、扫描电化学显微镜、紫外可见吸收光谱等技术在等离激元催化反应研究中的重要作用.最后,探讨了这些表征技术在等离激元催化动力学过程研究和催化机理探索中的特点与优势,并展望了等离激元催化及相关表征技术的发展与挑战.

关键词：表面等离激元等离激元催化表征技术

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表面等离激元光热效应研究进展

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物理学报 2019年第14期68卷 44-52页

作者：王善江苏丹张彤东南大学电子科学与工程学院

表面等离激元微纳结构能够将光场束缚在亚波长尺度,实现突破光学衍射极限的光操控,并显著增强光与物质的相互作用.在基于表面等离激元机理的光电器件研究中,微纳结构的自身光吸收通常被认为是损耗,而通过光热效应,光吸收则可有效利用并... 详细信息

表面等离激元微纳结构能够将光场束缚在亚波长尺度,实现突破光学衍射极限的光操控,并显著增强光与物质的相互作用.在基于表面等离激元机理的光电器件研究中,微纳结构的自身光吸收通常被认为是损耗,而通过光热效应,光吸收则可有效利用并转换成热能,其中的物理过程研究和应用是当前等离激元学领域的热点方向.本文回顾了近年来表面等离激元微纳结构光热效应的相关工作,聚焦于表面等离激元热效应的物理过程、热产生和热传导调控方式的研究进展.在此基础上,介绍了表面等离激元微纳结构在微纳加工、宽谱光热转换等方面的应用.

关键词：表面等离激元光与物质相互作用光热效应

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表面等离激元传播的调制

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物理学报 2019年第14期68卷 1-18页

作者：张文君高龙魏红徐红星中国科学院物理研究所北京100190 武汉大学物理科学与技术学院武汉430072 松山湖材料实验室东莞523808

光学衍射极限极大地制约了纳米光子器件的发展和应用.基于表面等离激元的纳米器件由于具有突破衍射极限传播和处理光信号的特性而受到广泛关注.通过调控表面等离激元的传播,可以实现纳米尺度上光信号的调制,对片上集成纳米光子回路和光... 详细信息

光学衍射极限极大地制约了纳米光子器件的发展和应用.基于表面等离激元的纳米器件由于具有突破衍射极限传播和处理光信号的特性而受到广泛关注.通过调控表面等离激元的传播,可以实现纳米尺度上光信号的调制,对片上集成纳米光子回路和光信息处理技术的发展具有重要意义.本文主要介绍了表面等离激元传播调制的基本原理及近年来的研究进展,并分析了不同类型的表面等离激元传播调制的特点.

关键词：表面等离激元纳米光调制器等离激元波导

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表面等离激元纳米聚焦研究进展

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物理学报 2019年第14期68卷 53-68页

作者：李盼首都师范大学物理系北京市纳米光电子学重点实验室

表面等离激元是束缚于金属纳米结构表面的电磁模式,具有突破光学衍射极限和局域场增强等特点.当表面等离激元沿一维锥形纳米结构表面传播时,由于纳米聚焦效应,使得等离激元能量汇聚于锥形结构的纳米尖端,从而在该位置产生巨大的局域场增... 详细信息

表面等离激元是束缚于金属纳米结构表面的电磁模式,具有突破光学衍射极限和局域场增强等特点.当表面等离激元沿一维锥形纳米结构表面传播时,由于纳米聚焦效应,使得等离激元能量汇聚于锥形结构的纳米尖端,从而在该位置产生巨大的局域场增强.这一现象为电磁场能量在纳米尺度的定向输送提供了十分有效的路径,在分子光谱增强及传感领域得到广泛的应用.本文对近年来表面等离激元纳米聚焦在纳米光子学领域的研究进展进行了综述,并展望了这一领域未来的发展方向.

关键词：表面等离激元锥形纳米结构纳米聚焦局域场增强

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表面等离激元结构光照明显微成像技术研究进展

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物理学报 2017年第14期66卷 216-232页

作者：张崇磊辛自强闵长俊袁小聪深圳大学纳米光子学研究中心深圳518060

结构光照明显微成像技术(SIM)因其高分辨、宽场、快速成像的优势,在生物医学成像领域发挥了不可估量的作用.结构光照明显微成像技术与动态可控的亚波长表面等离激元条纹相结合,可以在不借助非线性效应的情况下,将传统SIM的分辨率从2倍... 详细信息

结构光照明显微成像技术(SIM)因其高分辨、宽场、快速成像的优势,在生物医学成像领域发挥了不可估量的作用.结构光照明显微成像技术与动态可控的亚波长表面等离激元条纹相结合,可以在不借助非线性效应的情况下,将传统SIM的分辨率从2倍于衍射极限频率提升到3 4倍,此外还有抑制背景噪声、提升信噪比的能力,在近表面的生物医学成像应用中有重要价值.本文介绍了表面等离激元结构光照明显微成像技术的原理,并总结了近几年国内外的相关研究进展.

关键词：结构光照明超分辨成像表面等离激元

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表面等离激元金属-绝缘体-半导体波导激光器研究进展

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发光学报 2022年第12期43卷 1839-1854页

作者：何庆叶李国辉潘登冀婷王文艳崔艳霞太原理工大学物理与光电工程学院山西太原030024

纳米激光器在光通信、全息技术、生物医疗成像等领域有着广泛的应用前景。表面等离激元(Surface plasmon polariton,SPP)沿着金属表面传播,基于该特性可制成突破衍射极限的低阈值纳米激光器。它们不但具有小尺寸特征,同时还能激发Purcel... 详细信息

纳米激光器在光通信、全息技术、生物医疗成像等领域有着广泛的应用前景。表面等离激元(Surface plasmon polariton,SPP)沿着金属表面传播,基于该特性可制成突破衍射极限的低阈值纳米激光器。它们不但具有小尺寸特征,同时还能激发Purcell效应,表现出更高的自发辐射效率。近年来,金属-绝缘体-半导体(MIS)波导结构的SPP激光器因具有超强的模式约束能力被大量报道。本文以基于MIS结构的SPP激光器为主题进行综述。首先,介绍了SPP激光器的工作原理,接着分别介绍了基于MIS波导结构的纳米片型和纳米线型SPP激光器的工作原理。然后,依据增益介质材料的不同,依次介绍了增益介质分别为Ⅱ-Ⅵ半导体、Ⅲ-Ⅴ半导体以及钙钛矿的SPP MIS波导激光器研究进展。最后,总结全文,并对基于MIS波导的SPP激光器未来的发展和挑战进行了展望。

关键词：表面等离激元金属-绝缘体-半导体激光器纳米片纳米线

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表面等离激元纳米结构增效的光电探测器进展(特邀)

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红外与激光工程 2021年第1期50卷 112-123页

作者：何伟迪苏丹王善江周桓立陈雯张晓阳赵宁张彤东南大学电子科学与工程学院信息显示与可视化国际合作实验室江苏南京210096 东南大学仪器科学与工程学院江苏南京210096

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... 详细信息

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。

关键词：表面等离激元纳米结构光电探测器

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表面等离激元光镊技术

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光学学报 2016年第10期36卷 297-318页

作者：豆秀婕闵长俊张聿全袁小聪深圳大学纳米光子学研究中心广东深圳518060 深圳大学光电工程学院光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室广东深圳518060

光镊是捕获与操纵微纳颗粒的重要技术手段,其基本原理为光与物质之间动量传递的力学效应,具有非接触、操纵精度高等优点,广泛应用于物理、化学、生物及医学等科学前沿领域。近年来,表面等离激元因具有突破衍射极限和近场能量增强两大特... 详细信息

光镊是捕获与操纵微纳颗粒的重要技术手段,其基本原理为光与物质之间动量传递的力学效应,具有非接触、操纵精度高等优点,广泛应用于物理、化学、生物及医学等科学前沿领域。近年来,表面等离激元因具有突破衍射极限和近场能量增强两大特性,为光镊技术的发展带来了新的突破口,成为国际上一个重要和前沿的研究方向。基于表面等离激元的新型光镊技术主要分为两类:结构型表面等离激元光镊技术和全光调控型表面等离激元光镊技术,它们在颗粒捕获精度、捕获范围、操纵动态性与操纵自由度等方面各有特色,吸引了国际上众多研究人员进行大量的理论研究和实验探索。表面等离激元光镊技术在纳米颗粒、金属颗粒捕获以及近场电磁场增强与调控方面展现了独特优势,在生物传感、表面增强拉曼散射等领域具有广阔的应用前景。

关键词：物理光学表面等离激元光镊金属纳米结构光学捕获表面增强拉曼散射

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