平面复合金属微纳结构的圆二色性研究

圆二色性效应在圆偏振器、光调制器及光电器件等方面具有广泛的应用.为提高平面金属微纳结构的圆二色性,本文设计了由无限长纳米线和G形微纳结构组成的平面复合金属微纳结构,并应用有限元方法研究了该阵列微纳结构的圆二色性特性.数值计算结果显示,在圆偏振光的激发下,G形微纳结构和平面复合金属微纳结构均出现了电偶极子、电四极子和电八极子等共振模式.当G形微纳结构与无限长纳米线连接时,各共振波长均发生红移,并且无限长纳米线增加了不同圆偏振光激发下的局域表面等离激元共振强度,从而使得平面复合微纳结构的圆二色性信号明显增强.此外,还研究了平面复合微纳结构阵列的几何参数对其圆二色性特性的影响.这些结果为提高平面手性微纳结构的圆二色性信号强度提供一定的指导思路和方法.     

微纳金属光学结构制备技术及应用

微纳光学结构制备技术一直是微纳光子学器件发展的技术瓶颈.针对微纳光学结构制备技术向小尺寸、高精度和广泛应用发展的趋势,报道了基于电子束、X射线和接近式光学的混合光刻制作微纳金属光学结构技术.针对微纳光子学器件复杂图形开发了微光刻数据处理体系,基于矢量扫描电子束光刻设备在自支撑薄膜上进行1×高分辨率图形形成,利用X射线光...     

用于下一代传感和光源的新型材料、光纤及器件

制造技术与复杂模型、设计工具的进步使微纳结构光学器件的实现成为可能。微纳结构光学器件可用于导光与光的相互作用,液态或气态新型光源和传感器件。IPAS致力于新型光学材料研究与开发,将玻璃工艺和光纤开发有机结合,重点研究微纳结构光纤,光纤表面功能处理和器件开发。介绍了IPAS的研究实力和近年的发展概况,其中包括中红外光学材料、纳米粒子嵌入玻璃材料、新型化学和生物传感器(适用于超低量样本及/或体内样本)、激光器件,以及用于光数据处理的新型高非线性光纤。     

中红外金属微纳结构透射光谱的研究

中波红外器件从单色、双色,向多光谱方向发展,金属微纳结构是实现中波红外光谱功能的核心器件,为研究中红外透射光谱特性并实现透射光谱的调制,基于表面等离激元共振(SPs)理论,结合有限时域差分法(FDTD)对薄膜型金属微纳孔阵列的透射光谱进行了模拟研究.深入分析了入射光源在中红外3.0～5.0μm波段内,孔洞的形状和大小、...     

飞秒激光直写偏振转换器件和几何相位器件(特邀)

光学器件的微型化和集成化是当前研究的热点,其中利用微纳结构实现局域电磁改性的超构光学更是引人关注.本文从微纳结构的制备出发,总结了利用超衍射精密加工的飞秒激光直写技术,制备偏振转换器件和几何相位器件的工作.介绍了微纳结构改性的物理机制,飞秒激光直写光刻胶、飞秒激光烧蚀金属薄膜、飞秒激光诱导纳米光栅等手段在偏振转换器件和...     

一种实现光学全吸收的镀膜技术研究

金属微纳结构中的等离激元模式激发时,伴随着局域场的增强,存在对光的吸收增强的现象。但是这种光学吸收增强依赖于模式共振,因而吸收的带宽通常比较窄。项目提出了利用常规的镀膜工艺制备由金属颗粒-介质薄膜-金属薄膜构成的"类三明治"微纳结构,详细研究了上层金属颗粒尺寸和中间介质层薄膜厚度对光吸收的影响,优化制备工艺和微纳结构,提出最佳结构参数,实现对光的宽波段的近完美吸收。项目工艺快速简单,成本低廉,适合大批量以及大面积的样品制备。     

封面解读

正微纳光学作为光学领域的重要前沿学科方向,近年来发展迅速,在片上集成光学器件、光电集成、量子计算等领域取得重要的研究进展。《光学学报》2021年第8期刊发"微纳光学"专题,封面选取"8"字回音壁模式光学微腔作为切入点,表述了微纳光学结构对光场和光子实现高自由度调控。     

利用飞秒激光直写实现透明介电材料中三维维微微纳结构的制备与集成

本文综述了利用飞秒激光三维直写技术,在玻璃和晶体等透明介电材料中实现微流体、微光学、微电子学等一系列功能性微纳结构,并进一步构筑新型微纳光子器件的原理、技术与应用。     

“微纳光子学”专题导读

<正>随着电子器件小型化需求的不断提升,微电子技术的发展受到限制。相对而言,微纳尺度上光学现象及微纳光电子器件的研究起步较晚,但随着光子学与微纳加工技术的发展,微纳光子学逐渐兴起且受到越来越多的关注。微纳光子学主要研究在微纳尺度下光与物质相互作用的规律及其在光的产生、传输、调控、探测和传感等方面的应用,包括微纳光子学理论、微纳光纤及纳米光波导、光学微腔及应用、硅基光子学、微纳光子学器件等。     

表面微纳结构对光的透射性能影响分析

针对传统光学元件增透的方法中存在物理、化学性质的限制而导致热失配、稳定性不足等问题,提出了对光学表面直接加工圆球和圆锥形两种微纳结构的增透方式;构建了两种微结构模型并以0.38～0.9μm的入射光在不同入射角的条件下对二者进行数值仿真;分析了两种模型随波长与入射角变化的反射率、透射率和电场的变化情况,并对两种实验元件进行实验测试;结合两种微纳结构的仿真和实验数据结果进行对比,获得了两种微纳结构对光透射性能的影响情况。结果表明:入射光波长由小增大时,光学元件透射率增大,并随着波长继续增大透射率逐渐趋于稳定。可为表面微纳结构对光透射性能的影响研究,以及对微纳光学器件的优化设计、制造提供参考。     

表面微纳结构对光的透射性能影响分析北大核心CSCD

针对传统光学元件增透的方法中存在物理、化学性质的限制而导致热失配、稳定性不足等问题,提出了对光学表面直接加工圆球和圆锥形两种微纳结构的增透方式;构建了两种微结构模型并以0.38~0.9μm的入射光在不同入射角的条件下对二者进行数值仿真;分析了两种模型随波长与入射角变化的反射率、透射率和电场的变化情况,并对两种实验元件进行实验测试;结合两种微纳结构的仿真和实验数据结果进行对比,获得了两种微纳结构对光透射性能的影响情况。结果表明:入射光波长由小增大时,光学元件透射率增大,并随着波长继续增大透射率逐渐趋于稳定。可为表面微纳结构对光透射性能的影响研究,以及对微纳光学器件的优化设计、制造提供参考。     

“微纳光子学”专题征稿

正征稿范围:包括但不限于微纳光子学研究领域中的物理和光学新现象、新方法和新规律,微纳光子学材料和器件,微纳加工技术,微纳光子学应用等的研究论文和综述。时间安排:全文投稿截止日期:2022年1月25日;专题出版时间:2022年第5期。特邀组稿专家:     

表面等离激元光热效应研究进展

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.     

微纳光电子与激光专题编者按

微纳光电子技术是目前发展迅速、研究活跃、应用性强的前沿交叉领域之一.人们利用亚波长尺度微纳结构对电磁波振幅、偏振、相位、角动量等进行调控,设计出多种功能性器件,例如:完美吸波器、反射镜/偏折器、光学相控阵天线、超材料/超表面器件、超透镜、轨道角动量(OAM)器件、光频率梳、片上激光器等.可用于微纳光电子器件设计和分析的...     

GaAs薄膜电池光电转换特性研究

微纳减反层结构及微纳金属等离激元结构能有效提高砷化镓(GaAs)薄膜光伏器件在可见到近红外波段的吸收效率。本文采用有限元法(FEM)分析了微纳减反层对GaAs光伏器件的光谱吸收率的影响,并获得相应结构的光电转换特性。进一步探究了在器件内部布置金纳米线对相应结构的光电特性的影响。对应的计算结果显示,微纳减反层结构及金属纳米线结构能有效增强器件的电学输出特性,并提高器件光电转换能力到19.6%。掌握微结构对光伏器件内部光电特性的影响规律可为器件设计和制备提供有益指导。     

“机器微纳光学科学家”:人工智能在微纳光学设计的应用与发展

微纳光学材料与器件是光通信、光传感、生物光子学、激光、量子光学等诸多光学领域的关键.目前微纳光学设计主要依赖传统数值方法,存在依赖计算资源、创新效率低、得到全局最优设计困难的难题,是当前微纳光学设计的瓶颈.人工智能(artificial intelligence,AI)目前已经在多个学科开展应用,带来了科学研究的新范式.本文从微纳光学设计对象、数据集构建、学习任务与算法以及性能度量四个方面对AI在微纳光学设计领域的应用进行综述.对AI在微纳光学研究中的难点及未来的发展趋势进行了分析与展望.     

基于聚焦离子束纳米剪纸/折纸形变的三维微纳制造技术及其光学应用

高精度的三维微纳制造技术是现代光电子学和微纳光子学发展的重要基础之一,是实现下一代微纳光子集成器件的重要前提.纳米尺度的剪纸和折纸技术由于能够实现丰富的三维形变,正发展成为一门新兴的研究领域.本文系统地介绍了一种新型的片上三维微纳加工方法—基于聚焦离子束的纳米剪纸/折纸技术.该技术利用聚焦离子束辐照具有不同拓扑形貌的自支撑膜片,可实现优于50 nm精度、前所未见的三维形状变换,包括片上、实时的多向折叠、弯曲、扭曲等形变.提出了"树型"纳米剪纸和"闭环"纳米剪纸两种类型的加工方法,并针对不同类型的工艺特性和优缺点进行分析对比.利用全局扫描纳米剪纸技术制备的闭环纳米结构实现了独特的光学效应,包括超光学手性、超构表面衍射、相位和偏振调控以及光子自旋霍尔效应等.研究结果表明,纳米剪纸/折纸形变技术在保持结构复杂性和功能性的同时,可实现高精度、原位、片上、一步成型的三维微纳加工,可望为三维微纳光子器件的设计、制备和应用提供一类新的设计方法和技术途径,乃至为相关微纳光学、微电子、微机电系统、生物医学等领域的发展提供新颖的加工平台.     

T型结构微纳尺度偏振无关光栅耦合器

本刊讯采用光栅结构作为耦合器,有着耦合面积小、耦合效率高和耦合方式简单等优点,广泛应用于硅基集成光电子器件与光纤的垂直耦合。然而,微纳尺度的光栅和其他光学微纳器件一样,由于尺寸小使得器件对于TE、TM模式的有效折射率存在较大差异,器件性能与偏振密切相关。     

人工光学微纳结构中的连续体束缚态:原理、发展及应用

人工微结构可以捕获特定频率的电磁波,其为增强光与物质相互作用以及调控光场的重要平台之一。连续体束缚态在能谱上位于辐射连续区域,其是开放波动系统中与辐射连续态完全正交的本征态。连续体束缚态源于波动的相干相消,可以极大地抑制微纳光子器件的辐射损耗,为解决人工微纳结构中的光束缚提供全新思路。本文回顾连续体束缚态的发展历程,着重阐述连续体束缚态的理论模型在不同人工光学微纳结构中的进展与应用。连续体束缚态有望促进光通信、集成光学及高效率光场调控等领域的发展。     

绝缘体上铌酸锂薄膜片上光子学器件的研究进展

铌酸锂晶体具有卓越的电光和非线性光学性质,一直以来都被认为是最有前景的集成光子学基质材料之一.也正是由于铌酸锂晶体多方面优良的光学性能,近年来新兴的铌酸锂薄膜技术在集成光子学的研究中受到了极大的关注.借助于先进的微纳加工技术,许多高性能的铌酸锂集成光子学器件已经得以实现.本文总结了几种微纳加工技术在基于铌酸锂薄膜的片上光子学器件制备中的应用,介绍了铌酸锂薄膜片上光子学器件的最新进展,并展望了其在集成光子学研究中的潜在应用.