表面等離子激元的案例
OptiMode應用矢量有限元法模擬表面等離子體激元
這些表面等離子體激元(SPPs)在金屬電介質界面具有電場強度極值，由于其對任意接近該表面的改變極其敏感通常可用于傳感應用。利用合適的模式解算器可以得到具有2D結構的導模。
等離子體平均功率流圖
1.應用
?亞波長光學
?傳感
?信號傳輸
?光學偏振器
?彎曲波導
2.優勢
?VFEM模式求解器可輕松處理高橫縱比的波導
?搜索具有復值模式指數的模態
?高階插值混合向量/節點元素,可以準確地捕捉到金屬與電介質交界面附近的高電場強度
?三角網格尺寸能夠適應高精度材料屬性
?利用波導的對稱性，可以降低仿真域并把具有特定對稱性的模態作為目標
?VFEM快速而且精確
3.仿真描述
矢量有限元法（VFEM）模式求解器接收復介電常數材料，并使用特別適合對高對比度介電界面進行建模的矢量基函數來表示。其中一個很好的例子就是使用VFEM模式求解器來計算表面等離子傳導結構。
該結構在研究中背面顯示為黑色輪廓線，中心范圍的銀由介電常數為4的材料圍繞。材料銀在633nm波長的介電常數是-19-j0.53[1]。該傳導結構不僅僅有高介電常數對比度組成，同時具有較高的橫縱比，即寬度遠大于厚度。
利用對稱邊界和如[1]中分類的模式組合，相應波導厚度模式的色散曲線如圖1所示。所有模式具有一個主Ey分量，該分量有TM模組成并具有無限寬度結構。
圖1 模態指數作為銀厚度的函數
對于厚度值較小的一些模式表現出較小的損耗，如SS0模式，其Ey分量關于x和y軸對稱。SS0模式備受關注，因為除了其較低的損耗，其坡印廷矢量與一個光纖(HE11)的基模在形狀上極為相似[1]。
SS0模式的坡印廷矢量沿軸傳輸顯示在背面；注意的是，功率在交界面的限制遠大于中心。
展開 OptiMode應用矢量有限元法模擬表面等離子體激元
這些表面等離子體激元(SPPs)在金屬電介質界面具有電場強度極值，由于其對任意接近該表面的改變極其敏感通常可用于傳感應用。利用合適的模式解算器可以得到具有2D結構的導模。
等離子體平均功率流圖
1. 應用
?
亞波長光學
?
傳感
?
信號傳輸
?
光學偏振器
?
彎曲波導
2. 優勢
?
VFEM模式求解器可輕松處理高橫縱比的波導
?
搜索具有復值模式指數的模態
?
高階插值混合向量/節點元素,可以準確地捕捉到金屬與電介質交界面附近的高電場強度
?
三角網格尺寸能夠適應高精度材料屬性
?
利用波導的對稱性，可以降低仿真域并把具有特定對稱性的模態作為目標
?
VFEM快速而且精確
3. 仿真描述
矢量有限元法（VFEM）模式求解器接收復介電常數材料，并使用特別適合對高對比度介電界面進行建模的矢量基函數來表示。其中一個很好的例子就是使用VFEM模式求解器來計算表面等離子傳導結構。
該結構在研究中背面顯示為黑色輪廓線，中心范圍的銀由介電常數為4的材料圍繞。材料銀在633nm波長的介電常數是-19-j0.53[1]。該傳導結構不僅僅有高介電常數對比度組成，同時具有較高的橫縱比，即寬度遠大于厚度。
利用對稱邊界和如[1]中分類的模式組合，相應波導厚度模式的色散曲線如圖1所示。所有模式具有一個主Ey分量，該分量有TM模組成并具有無限寬度結構。
展開 微流控芯片（轉載）
根據研究目的的不 同，生物芯片通道表面需要做不同程度的處理，如親水或疏水處理、生物蛋白處理等。 此外，微流控芯 片依據不同的用途又可分為液滴產生芯片、流速細胞芯片、微混合器芯片、微反應器芯片、電阻抗譜芯 片等。對于某些特殊需求的芯片，如3D芯片通道、彎曲芯片通道、大寬度的芯片溝道等，均可實現定制 需求。
分析系統
電學分析
2 電化學阻抗分析——單細胞測量和計數
2 流體連接芯片夾具
光學分析
2 體視顯微鏡或熒光顯微鏡——蔡司、尼康、徠卡、奧林巴斯。
2 熒光檢測——細胞的生長和活動狀況、細胞膜和細胞組分的研究等
2 化學發光和生物發光檢測——發光強度可用于確定分析物的濃度，靈敏度和選擇性高、線性反應范 圍寬，利于對分析物的定量分析。僅適用于特定化學發光試劑和細胞的研究。
2 拉曼檢測——適用于對細胞及其生物分子的實時監測。
2 折射率檢測——避免了熒光標記和化學修飾對細胞的影響，適于對細胞自然狀態的檢測。該檢測對 激光光源及對外部條件如溫度、壓力和流速的控制要求很高，特殊光學檢測結構的設計及光纖等的 應用使得微流控折射率檢測系統更接近于芯片實驗室的概念2 熱透鏡顯微檢測——可對單個細胞無創、實時檢測。
2 表面等離子激元共振檢測——可對界面上生物分子相互作用的無標記實時監測，通過對生物反應過 程中表面等離子激元共振的動態變化監測獲取生物分子相互作用的特異信號。檢測對象一般是具有 配體和受體特異性結合性質的核算、蛋白質、酶及抗體等生物分子，尤其適合對免疫反應的過程監 測和定量分析，這對分子特異反應的實時監測也用于細胞的檢測和傳感。
生物微流控系統平臺主要包括四大部分,用戶可根據研究目的需要而選擇合適的微流控部件，最后， 將各部件組裝在一起便構成了一套微流控系統解決方案。
展開 一期一會 | 表面等離子體光子學詳解及其應用
表面等離子體與電路設計的實際集成，取決于傳播長度和約束之間的反比關系的平衡。理想情況下，表面等離子體光波導可同時最大限度增加表面等離子體的約束和傳播長度，以獲得最佳效果。
表面等離子體激元傳播造成的耗散損耗可以通過增益放大或集成光纖等光子元件來抵消，從而產生混合表面等離子體光波導。
表面等離子體光波導呈亞波長模態，小于光的衍射極限。在小于光的波長下的SPP傳播方式是可能的，這一想法讓業界振奮不已，從而為能夠在光學頻率下進行納米級信息處理的芯片級器件開辟了可能性。
常見的表面等離子體光波導類型包括金屬-絕緣體-金屬（MIM）、絕緣體-金屬-絕緣體（IMI）、通道等離子體激元（CPP）和間隙等離子體激元（GPP）波導。
什么是表面等離子體光子學超材料？
超材料（metamaterial）是一種呈現出天然材料所不具備的超常物理性質的復合材料。超材料的特性源于其獨特的尺寸、形狀、幾何結構和方向，使其能夠以新的有利方式彎曲、阻止、吸收或增強電磁波。超材料以重復模式排列，大小尺度小于其作用的波長。
在表面等離子體光子學超材料中，表面等離子體為這些材料賦予了獨特的屬性。在某些條件下，入射光與表面等離子體在金屬-電介質界面處耦合，形成自維持，其傳播的電磁波被稱為表面等離子體激元（SPP）。
這些SPP的屬性源于底層金屬納米粒子的結構。SPP在比入射光更短的波長下顯示出可調特性。表面等離子體光子學超材料的示例包括：周期性排列的金納米粒子（納米立方體）以及銀和金納米殼層。
表面等離子體光子學超材料的類型
由于表面等離子體光子學超材料的屬性來自亞波長尺度下金屬納米粒子的排列，因此工程師可以控制色散、介電常數、磁導率和折射率等屬性，以實現一系列新穎的應用。
展開 
Ansys | 什么是表面等離子體光子學及其應用
常見的表面等離子體光波導類型包括金屬-絕緣體-金屬（MIM）、絕緣體-金屬-絕緣體（IMI）、通道等離子體激元（CPP）和間隙等離子體激元（GPP）波導。
什么是表面等離子體光子學超材料？
超材料（metamaterial）是一種呈現出天然材料所不具備的超常物理性質的復合材料。超材料的特性源于其獨特的尺寸、形狀、幾何結構和方向，使其能夠以新的有利方式彎曲、阻止、吸收或增強電磁波。超材料以重復模式排列，大小尺度小于其作用的波長。
在表面等離子體光子學超材料中，表面等離子體為這些材料賦予了獨特的屬性。在某些條件下，入射光與表面等離子體在金屬-電介質界面處耦合，形成自維持，其傳播的電磁波被稱為表面等離子體激元（SPP）。
這些SPP的屬性源于底層金屬納米粒子的結構。SPP在比入射光更短的波長下顯示出可調特性。表面等離子體光子學超材料的示例包括：周期性排列的金納米粒子（納米立方體）以及銀和金納米殼層。
表面等離子體光子學超材料的類型
由于表面等離子體光子學超材料的屬性來自亞波長尺度下金屬納米粒子的排列，因此工程師可以控制色散、介電常數、磁導率和折射率等屬性，以實現一系列新穎的應用。
負折射率表面等離子體光子學超材料
當光線從一個介質傳播到另一個介質時，例如從空氣到水，它會在穿過法線（垂直于表面的平面）時彎曲。在負折射率材料中，這種彎曲發生在相反方向，這意味著光的電磁能量以與其傳播波前相反的方向傳輸。
由于材料的折射率與其介電常數有關，而介電常數反過來又會影響其電磁傳播長度，因此負折射率超材料提供了可調的光學屬性，超越了傳統透鏡、反射鏡和光學設備的能力。
展開 OptiFDTD應用：納米盤型諧振腔等離子體波導濾波器
簡介：
?表面等離子體激元（SPPs）是由于金屬中的自由電子和電介質中的電磁場相互作用而在金屬表面捕獲的電磁波，并且它在垂直于界面的方向上呈指數衰減。[1]
?與絕緣體-金屬-絕緣體(IMI)等離子波導相比，金屬-絕緣體-金屬(MIM)波導具有很強的光約束，對SPPs來說，其傳播距離可接受。
?有許多種類的納米波導濾波器：齒形等離子體波導[2]，盤型諧振腔Channel drop濾波器，矩形幾何諧振腔[3]以及環形諧振腔[4]。
?MIM波導中，有兩種等離子體濾波器，即帶通和帶阻濾波器。
2D FDTD模擬
?選擇TM偏振波激發SPPs
?應用正弦調制高斯脈沖光來模擬感興趣的波長
?輸入場橫向設置為模式場剖面（使用模式求解器計算）
?網格尺寸要小到足以研究SPPs
?對于諧振器，仿真時間應該足夠長，使時域內的場在使用脈沖時衰減到很小的值。
?用Lorentz-Drude模型對銀的色散進行了研究。
納米盤諧振腔設計
模擬結果
輸出記錄器的功率譜*歸一化到光源。顯示波長530 nm和820 nm的兩個峰值**。
*Note：直接從OptiFDTD獲得的功率譜上，可以演示濾波器。傳輸光譜可以使用參考1中的方法來計算。
**Note：峰值波長處的細微差異（與參考相比）是由于使用了不同的金屬模型。
[1] Hua Lu, et al., “Tunable band-pass plasmonic waveguide filters with nanodisk resonators,” Opt. Exp. VOL. 18, NO. 17, 17922-17927 (2010)
[2] X. S.
展開 OptiFDTD應用：納米盤型諧振腔等離子體波導濾波器
簡介：
? 表面等離子體激元（SPPs）是由于金屬中的自由電子和電介質中的電磁場相互作用而在金屬表面捕獲的電磁波，并且它在垂直于界面的方向上呈指數衰減。[1]
? 與絕緣體-金屬-絕緣體(IMI)等離子波導相比，金屬-絕緣體-金屬(MIM)波導具有很強的光約束，對SPPs來說，其傳播距離可接受。
? 有許多種類的納米波導濾波器：齒形等離子體波導[2]，盤型諧振腔Channel drop濾波器，矩形幾何諧振腔[3]以及環形諧振腔[4]。
? MIM波導中，有兩種等離子體濾波器，即帶通和帶阻濾波器。
2D FDTD模擬
? 選擇TM偏振波激發SPPs
? 應用正弦調制高斯脈沖光來模擬感興趣的波長
? 輸入場橫向設置為模式場剖面（使用模式求解器計算）
? 網格尺寸要小到足以研究SPPs
? 對于諧振器，仿真時間應該足夠長，使時域內的場在使用脈沖時衰減到很小的值。
? 用Lorentz-Drude模型對銀的色散進行了研究。
納米盤諧振腔設計
模擬結果
輸出記錄器的功率譜*歸一化到光源。顯示波長530 nm和820 nm的兩個峰值**。
*Note：直接從OptiFDTD獲得的功率譜上，可以演示濾波器。傳輸光譜可以使用參考1中的方法來計算。
**Note：峰值波長處的細微差異（與參考相比）是由于使用了不同的金屬模型。
[1] Hua Lu, et al., “Tunable band-pass plasmonic waveguide filters with nanodisk resonators,” Opt. Exp.
展開 OptiFDTD應用：納米盤型諧振腔等離子體波導濾波器
簡介：
? 表面等離子體激元（SPPs）是由于金屬中的自由電子和電介質中的電磁場相互作用而在金屬表面捕獲的電磁波，并且它在垂直于界面的方向上呈指數衰減。[1]
? 與絕緣體-金屬-絕緣體(IMI)等離子波導相比，金屬-絕緣體-金屬(MIM)波導具有很強的光約束，對SPPs來說，其傳播距離可接受。
? 有許多種類的納米波導濾波器：齒形等離子體波導[2]，盤型諧振腔Channel drop濾波器，矩形幾何諧振腔[3]以及環形諧振腔[4]。
? MIM波導中，有兩種等離子體濾波器，即帶通和帶阻濾波器。
2D FDTD模擬
? 選擇TM偏振波激發SPPs
? 應用正弦調制高斯脈沖光來模擬感興趣的波長
? 輸入場橫向設置為模式場剖面（使用模式求解器計算）
? 網格尺寸要小到足以研究SPPs
? 對于諧振器，仿真時間應該足夠長，使時域內的場在使用脈沖時衰減到很小的值。
? 用Lorentz-Drude模型對銀的色散進行了研究。
納米盤諧振腔設計
模擬結果
輸出記錄器的功率譜*歸一化到光源。顯示波長530 nm和820 nm的兩個峰值**。
*Note：直接從OptiFDTD獲得的功率譜上，可以演示濾波器。傳輸光譜可以使用參考1中的方法來計算。
**Note：峰值波長處的細微差異（與參考相比）是由于使用了不同的金屬模型。
展開 OptiFDTD應用：納米盤型諧振腔等離子體波導濾波器
簡介：
? 表面等離子體激元（SPPs）是由于金屬中的自由電子和電介質中的電磁場相互作用而在金屬表面捕獲的電磁波，并且它在垂直于界面的方向上呈指數衰減。[1]
? 與絕緣體-金屬-絕緣體(IMI)等離子波導相比，金屬-絕緣體-金屬(MIM)波導具有很強的光約束，對SPPs來說，其傳播距離可接受。
? 有許多種類的納米波導濾波器：齒形等離子體波導[2]，盤型諧振腔Channel drop濾波器，矩形幾何諧振腔[3]以及環形諧振腔[4]。
? MIM波導中，有兩種等離子體濾波器，即帶通和帶阻濾波器。
2D FDTD模擬
? 選擇TM偏振波激發SPPs
? 應用正弦調制高斯脈沖光來模擬感興趣的波長
? 輸入場橫向設置為模式場剖面（使用模式求解器計算）
? 網格尺寸要小到足以研究SPPs
? 對于諧振器，仿真時間應該足夠長，使時域內的場在使用脈沖時衰減到很小的值。
? 用Lorentz-Drude模型對銀的色散進行了研究。
納米盤諧振腔設計
模擬結果
輸出記錄器的功率譜*歸一化到光源。顯示波長530 nm和820 nm的兩個峰值**。
*Note：直接從OptiFDTD獲得的功率譜上，可以演示濾波器。傳輸光譜可以使用參考1中的方法來計算。
展開 《AFM》：納米壓印光刻，光電子器件大規模實施重要里程碑！
等離子體納米粒子可以將光以局域表面等離子激元的形式捕獲到亞波長的體積中，這種增強的模式體積對于光化學、光物理、生物傳感、光催化、光子器件、等離子體增強手性、非線性物理等等都是非常重要的。然而，降低由于電子的高散射率而造成的歐姆損耗，以及用成本低廉的方法大規模組裝等離子體積木，仍然是具有挑戰性的。
在這項研究中，來自萊布尼茨聚合物研究所等單位的研究人員報道了干涉光刻和納米壓印光刻在不同靶襯底上的融合，從透射電子顯微鏡柵格上的碳膜到無機和可摻雜的聚合物半導體。
這種簡單的膠體印刷技術在硅、玻璃、金薄膜和萘二酰亞胺聚合物上進行了演示，因此標志著光電子器件大規模實施的一個重要里程碑。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202105054
使用膠體墨水和IL生產的聚二甲基硅氧烷印章，一維等離子體光子晶體在厘米尺度上以75%的成品率打印
出來。另一方面，采用原子光滑、單晶、單分散的金(Au)納米膠體積木，在二氧化鈦(TiO
2
)平板波導上印刷一維
等離子體光柵，產生光譜線寬為10 nm的波導-等離子體偏振子模式。等離子體激元誘導的超熱電子通過雙端電流測量在引導條件下具有更高的光響應性。制備的具有Au/TiO
2
異質結的雜化結構增強了光催化過程，如利用產生的熱電子降解甲基橙(MO)染料分子。
總的來說，本文提出了一種廉價、快速、簡便和可重復的技術，該技術有可能使用膠體墨水作為壓印抗蝕劑，在大面積上以高分辨率打印所需的結構。該技術是IL和NIL的結合，可用于在不同的靶襯底上制備不同形貌、不同電導率和不同疏水性的一維金屬光子晶體。
展開 基于comsol的石墨烯表面等離子波導分析 ￥1500
</p><p>表面等離子體激元( Surface Plasmon Polaritons,SPPs)是電磁波與金屬表面的自由電子相互耦合產生的沿著金屬和介質界面傳播的一種電磁表面波模式1習,存在于金屬膜結構、納米型結構阿、碳分子結構,最近發現存在石墨烯結構中。入射光束的電場能夠驅動金屬結構分界面的自由電荷(傳導電子)來回集體振蕩運動,具有限制光和電場增強的能力。同時其分布深度波長量級以下,且不再受限于衍射極限門。因此,表面等離子體可以將光限制在亞波長尺寸范圍內進行操控,成為實現亞波長量級光電子器件的有效可行途徑,促進光電子器件和傳感器件性能的進一步提升。基于表面等離子體的光子學是目前國際前沿研究領域,憑借其優勢吸引眾多學者參與研究。</p><p><br></p><p>本模型采用Si和SiO2做基底，表面敷設石墨烯。</p><p><br></p><p>沒有增加石墨烯的情況，13THz的波無法在模型內傳播。 <img src="https://img.jishulink.com/images/202205/pPxZEzit6h4qdPdsWPMUc5.png"> 增加石墨烯后，在一定頻率下出現耦合。
展開 
基于lumerical fdtd模擬等離子共振吸收的折射率傳感器
<p class="ql-align-justify">在表面等離子體激元學研究中，金屬納米粒子的光學特性是許多應用的基礎，例如化學和生物醫學傳感、 表面增強光譜、和近場掃描光學顯微鏡。金或銀納米粒子中的電子與入射光場相互作用時產生局域表面等離子體共振 (LSPR)。這種 LSPR 現象強烈依賴于納米結構的尺寸、形狀和周圍介電環境。特別是后者 的依賴性開辟了一條折射率傳感的道路，對于一定的折射率變化，LSPR現象將導致較大的光譜偏移，從而可以檢測介電環境微小的變化。在實際應用中，金屬納米結構的損失是不可避免的。 為了實現低損耗器件，人們通過優化結構幾何形狀和使用增益材料來降低損耗。超材料是共振金屬納米結構，其晶胞遠小于光的工作波長，通過正確設計超材料中的電磁響應，可以實現完美的吸收。一般來說，在實際應用中，理想的吸收體對入射角和光的偏振不敏感。</p><p class="ql-align-justify">我們的傳感器方案提出了潛在的折射率傳感器平臺，其中局域表面等離子體共振傳感基于簡單的反射率測量，只需使用單波長光源就可完成。圖 1 展示了吸收體傳感器結構的幾何形狀。它由兩個功能層組成：最上層是金納米盤陣列，最下層是金鏡，這兩層由 MgF2 電介質隔開。該結構設計為在垂直入射時在 x 和 y 方向上與偏振無關。</p><div contenteditable="false" width="100%" class="ql-align-justify"><img src="https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-axegupay5k/f60824320abb41ac838d27131f57563b~noop.image?
展開 這些物理現象顛覆了我的世界觀，前所未有…（轉載）
實際上最初接觸表面波時，我是覺得它挺反直觀的。因為在我們的印象中，電磁波都是在金屬波導里面或者在光纖里面，也就是像自來水管一樣，要把水通過壁的阻擋局域在水管里面。
但實際上，電磁波可以存在物體的表面，或者說物體與真空的界面。其實自然界中就存在很多表面波，比如水波，它就是一種表面波，這種波存在于水與空氣之間。
對于電磁波，一種比較奇特的表面波是表面等離子體激元。這種表面波一般存在比較高的頻段，比如光頻段。這個頻段比較靠近一些金屬里面電子的諧振頻率（比如金、銀），光和電子可以直接交換能量，形成一種很奇特的模式。如果從麥克斯韋的參數上來說，此時金屬的介電常數為負數。
這東西好玩得很，可以做成波導，或者其它光器件。以后的光電路有可能用到它。
當然在低頻段，比如微波段也是可以的。雖然在自然界，微波段沒有介電常數為負的材料，但是可以人工制造出來。它可以做成這樣：
這東西就像電線一樣……電磁波就沿著這個“電線”走，是不是很神奇。
#拓撲光學
拓撲絕緣體，這個是最近才火的，其影響可媲美石墨烯。當然這東西也是最先出現在凝聚態物理，最近一兩年延伸到電磁波。非常神奇的是，電磁波只能在它的表面傳，不能在這種材料里面傳。而且在表面傳時，它的模式是受拓撲保護的。淺顯來說，一種模式只能往特定方向傳播，就算有一些障礙物，它也可以繞過去。
所以很顯然，它很適合當波導，不用擔心電磁波拐外時帶來的反射問題。就像以前的車道，車有的向前有的向后，很容易發生交通擁堵。現在我們建成了單行道，或者高速公路（由向前向后兩個單行道構成），那么擁堵問題就會減少了。
先上圖↓
顧名思義是讓光走得很慢。其中有個原理是電磁感應透明（electromagnetic induced transparence）。這實際上是從quantum physics中引入的一個概念。
展開 Lumerical案例 | 基于MIM雙環諧振器的等離子體光學生物傳感器
近日，一項發表于《Scientific Reports》的研究為這一困境提供了解決方案[1] —— 基于金屬-絕緣體-金屬（MIM）雙環諧振器的等離子體光學生物傳感器，以其超高靈敏度、快速響應及多細菌區分能力，有望重塑細菌檢測技術格局。
細菌檢測技術的現狀與痛點
細菌感染仍然是全球發病率和死亡率的主要原因，診斷延遲往往會加劇臨床結果。然而，傳統檢測手段存在顯著短板：微生物培養需數天時間，PCR與酶聯免疫吸附試驗（ELISA）技術依賴實驗室條件且操作復雜，難以在資源有限地區推廣應用。即便在技術相對成熟的場景，這些方法對早期感染的低濃度細菌也常出現漏檢，延誤治療時機。
近年來，光學生物傳感器憑借無標記檢測、實時分析、可微型化等優勢成為研究熱點，其中等離子體傳感器因對局部折射率變化的超高敏感性脫穎而出。表面等離子體激元（SPPs）在金屬-介質界面的激發，可將電磁場強局域化，極大增強光與生物分子的相互作用，為高靈敏度檢測奠定基礎。但現有技術在特異性、多參數優化及實際環境適應性上仍有提升空間。
MIM 雙環諧振器傳感器的設計與優化
（一）核心結構：MIM雙環諧振器的設計
該傳感器采用MIM雙環諧振器結構，其結構如圖1所示，核心由兩層金屬夾一層介質基板構成，通過納米環與垂直臂的巧妙布局實現電磁場強約束。具體設計中，金納米環與金背反射器的組合被選為最優方案——金具有優異的等離子體共振特性與化學穩定性，可有效減少生物環境中的干擾；絕緣介質基板由一層制成，厚度經優化后確保電磁場與分析物的高效作用；傳感器整體結構參數通過粒子群優化（PSO）算法迭代優化，最終確定關鍵尺寸如表1所示。
展開 自然材料中的平面內各向異性極化激元
近年來，科學家們發現能夠將紅外光壓縮耦合到二維材料如石墨烯和六方氮化硼中從而形成表面等離子極化激元或聲子極化激元。盡管這些極化激元展現出許多優異的性質，這些已知的極化激元總是在二維材料表面向四周輻射沿所有方向傳播.最近，物理學家們預言了極化激元各向異性的傳播行為，支持這種光學行為的材料包括人工超結構材料以及晶體結構和電子性質呈現各向異性的二維材料。在這種各向異性的傳播中，極化激元的群速率和波長與傳播方向密切相關。充分利用這個性質，可以期望實現傳播方向可控的極化激元，實現能量在二維平面的定向局域，相對地減少了傳播在介質中的熱耗散，從而在未來的傳感、通訊方面可以大展拳腳。
尋找損耗更低、可以多元化調制的極化激元材料，多年來一直是微納米光子學領域的重點研究方向之一。人工超構材料被認為是實現功能性光調制的最佳媒介之一，然而因為微納加工的復雜性、高系統損耗和難以微型化等限制因素，制約了其進一步應用。在本次的介紹的工作中，作者在α相三氧化鉬納米薄片中得到聲子極化激元傳播的近場光學圖象（圖2），可以發現該材料中極化激元只沿著特定的方向傳播，而且極化激元的波長隨樣品厚度的變化而改變，最短的波長比激發光波長小60倍。并且這種各項異性的極化激元還會隨著入射光的波長的變化而呈現出不同的傳播行為。具體表現為，沿著晶體的不同方向，極化激元的傳輸是非勻速（橢圓型）甚至可以實現單向截止型（雙曲型）傳輸。這種存在于天然二維材料中的方向及波形可調的極化激元雖在理論中被預言過，此前實驗上從未被證實和被觀測到。
圖2. a. 使用散射型近場光學顯微鏡進行極化激元測試的示意圖。b.兩種不同激發波長下得到的近場光學顯微鏡幅度圖像。
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