等離激元
關(guān)注創(chuàng)建者：opt-simul 創(chuàng)建時(shí)間：2022-02-13
等離激元的視頻教程
040 – COMSOL等離激元超透鏡（含演示，100元）
040 – COMSOL等離激元超透鏡（含演示，100元） 基本介紹： ·??主要內(nèi)容：根據(jù)發(fā)表在Plasmonics上的論文《Super-Resolution Long-Depth Focusing by Radially Polarized Light Irradiation Through Plasmonic Lens in Optical Meso-field（作者：Ruobing
￥100 29分鐘 27播放
查看
018 - FDTD鋸齒型結(jié)構(gòu)SPP的色散曲線（含演示，46元）
包含的文件截圖（手機(jī)端可能無法顯示圖片，請(qǐng)?jiān)陔娔X端查看）： 詳細(xì)描述（手機(jī)端可能無法顯示圖片，請(qǐng)?jiān)陔娔X端查看）： 如上圖所示，計(jì)算由銅制成的一個(gè)鋸齒形周期性結(jié)構(gòu)的表面等離激元（SPP）色散曲線。 其中 P = 50 um、H = 1.5P、W = 0.5P、t = 0.25P。銅材料由Drude模型來描述，周圍環(huán)境的折射率為1.45。
￥46 33分鐘 11播放
查看
002 - COMSOL金屬納米線波導(dǎo)（含講解視頻）
然后真空波長(zhǎng)為660nm的表面等離激元（SPP）在這個(gè)金屬納米線上傳播。 ????在我的案例中，取Au納米線放置在MgF2這種情況，復(fù)現(xiàn)了論文中的所有結(jié)果，具體的結(jié)果請(qǐng)往下看，并錄制了講解視頻。 ????
￥66 1小時(shí)39分鐘 32播放
查看
等離激元的實(shí)例教程
由于BHQ分子的強(qiáng)吸收峰與金納米棒的
等離激元共振峰
重疊，因而，BHQ分子會(huì)通過共振調(diào)控減小金納米棒的散射截面，從而降低金納米棒的散射強(qiáng)度（
也就是金納米棒
的散射強(qiáng)度被BHQ分子的吸收峰有效抑制）。具體來說，當(dāng)BHQ分子遇到細(xì)菌外膜囊泡釋放的
偶氮還原
酶分子時(shí)，BHQ分子的
偶氮雙鍵
會(huì)被偶氮還原酶分子切斷，使得BHQ分子不再具有強(qiáng)吸收峰，此時(shí)，被抑制的金納米棒的散射強(qiáng)度得到恢復(fù)，從而得知有偶氮還原酶分子出現(xiàn)。等離激元光學(xué)納米天線再將探測(cè)到的偶氮還原酶分子信號(hào)以光信號(hào)形式發(fā)射出去，完成了細(xì)菌酶分子釋放規(guī)律的實(shí)驗(yàn)探測(cè)。
圖1：(a) 等離激元光學(xué)納米天線探測(cè)細(xì)菌酶分子振蕩的示意圖。(b) 具有不同共振峰的等離激元光學(xué)納米天線探測(cè)細(xì)菌酶分子的暗場(chǎng)圖。(c) 細(xì)菌外膜囊泡示意圖。(d) 細(xì)菌通訊過程中酶分子振蕩和振蕩耦合示意圖。(e) 等離激元光學(xué)納米天線對(duì)外膜囊泡釋放的酶分子進(jìn)行光學(xué)探測(cè)的機(jī)制。
實(shí)驗(yàn)中，他們將所構(gòu)建的等離激元光學(xué)納米天線放置于細(xì)菌生存環(huán)境中，根據(jù)等離激元光學(xué)納米天線散射光譜強(qiáng)度的變化，分別對(duì)單個(gè)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌外膜囊泡釋放的偶氮還原酶分子進(jìn)行了持續(xù)實(shí)時(shí)探測(cè)。外膜囊泡釋放到周圍環(huán)境后，周圍滲透壓的改變和等離激元光學(xué)納米天線的局域光熱效應(yīng)會(huì)促進(jìn)外膜囊泡的破裂，使得酶分子釋放而被等離激元光學(xué)納米天線探測(cè)到。實(shí)驗(yàn)表明，這種等離激元光學(xué)納米天線的探測(cè)時(shí)間長(zhǎng)（長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)至數(shù)十小時(shí)）、探測(cè)靈敏度高（單分子級(jí)別）、穩(wěn)定性好（無光漂白）、具有遠(yuǎn)距離探測(cè)能力（距離細(xì)菌表面達(dá)到
3 μm
）。
圖2：(a) 等離激元光學(xué)納米天線實(shí)現(xiàn)單細(xì)菌遠(yuǎn)距離酶分子探測(cè)示意圖。(b) 等離激元局部光熱效應(yīng)促進(jìn)OMVs釋放酶分子實(shí)現(xiàn)探測(cè)的示意圖。
展開 金屬薄膜中的表面等離激元
盡管模擬體金屬-介電界面中的表面等離激元可以作為表面等離激元傳播和色散的很好的示例，但這是一個(gè)相當(dāng)簡(jiǎn)單并且在物理上無趣的示例。在本節(jié)，我們將介紹一個(gè)更有趣的案例，即由介電層覆蓋的金屬薄膜。在這種系統(tǒng)中，頂面和底面都支持表面等離激元。如果金屬膜足夠薄，那么頂面的表面等離激元和底面的表面等離激元之間的耦合將導(dǎo)致模式雜化。其結(jié)果是形成對(duì)稱和反對(duì)稱模式。這種情況下的物理場(chǎng)類似于耦合機(jī)械諧波振蕩器的物理場(chǎng)。在這種特殊情況下，我們模擬了 12 nm 鋁膜，周圍環(huán)繞著折射率為 2 的 4 nm 介電層。使用邊界模式分析 研究步驟，我們?cè)谏⑶€中發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)表面等離激元分支。Q 因子較大的上分支是對(duì)稱模式，而 Q 因子較小的下分支是反對(duì)稱模式。
模擬表面等離激元在兩個(gè)介電薄膜之間的鋁薄膜上的傳播。鋁膜頂面和底面中表面等離激元的雜化形成對(duì)稱（左）和反對(duì)稱（右）模式。
模擬的夾在兩個(gè)介電薄膜之間的鋁薄膜上的表面等離激元色散。兩個(gè)分支顯示了對(duì)稱（上分支）和反對(duì)稱（下分支）模式。
雖然在這里沒有展示，但我們可以通過仔細(xì)匹配每個(gè)接口的邊界條件來分析推導(dǎo)出這種系統(tǒng)中的表面等離激元色散。隨著系統(tǒng)的幾何形狀變得更加復(fù)雜，推導(dǎo)很快就會(huì)變得繁瑣。使用 COMSOL? 模擬表面等離激元的優(yōu)勢(shì)在于它非常靈活，無論幾何組成多么復(fù)雜，都可以在軟件中計(jì)算表面等離激元色散。
新型 2D 材料中的表面等離激元
隨著電子行業(yè)向小型化發(fā)展，2D材料越來越受歡迎。在之前的文章中，我們介紹了如何在高頻電磁學(xué)中對(duì)一種2D材料（石墨烯）進(jìn)行建模。事實(shí)證明，2D 材料，如石墨烯，也可以支持表面等離激元。畢竟，具有高導(dǎo)電性的石墨烯表現(xiàn)得像金屬。主要區(qū)別在于貴金屬通常在可見光或紫外范圍內(nèi)具有等離子體頻率，這意味著金屬在光學(xué)頻率下支持表面等離激元。
展開 近日，該重大儀器項(xiàng)目在基于超快光電子顯微鏡技術(shù)實(shí)現(xiàn)表面等離激元的多維度探測(cè)方面取得重要進(jìn)展，相關(guān)成果于2018年11月19日發(fā)表在《自然·通訊》雜志。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1038/s41467-018-07356-x
基于金屬納米粒子的局域表面等離激元因其高局域強(qiáng)度、小局域尺度、高靈敏度等特點(diǎn)，被大量應(yīng)用在不同領(lǐng)域。但是，幾個(gè)飛秒的超短模式壽命(dephasing time)大大限制了其應(yīng)用的廣泛性和實(shí)用性。該工作設(shè)計(jì)的多層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了局域表面等離激元和傳播表面等離激元的強(qiáng)耦合。動(dòng)態(tài)數(shù)值模擬結(jié)果也清晰地證明在強(qiáng)耦合下局域表面等離激元模式和傳播表面等離激元模式之間的能量交換。
近場(chǎng)方面，光電子顯微鏡對(duì)表面等離激元模式進(jìn)行直接成像，大大突破了原有的遠(yuǎn)場(chǎng)探測(cè)技術(shù)的限制，并且結(jié)合不同激發(fā)光源，實(shí)現(xiàn)不同維度的探測(cè)。結(jié)合波長(zhǎng)可調(diào)的激光光源，光電子顯微鏡在頻域記錄下表面等離激元模式隨波長(zhǎng)變化的強(qiáng)度演化過程如下圖所示。結(jié)合超快泵浦探測(cè)技術(shù)，光電子顯微鏡在時(shí)域記錄下表面等離激元模式隨時(shí)間變化的演化趨勢(shì)。
該工作更加深入并直觀地探測(cè)強(qiáng)耦合體系中的能量轉(zhuǎn)換過程，并通過強(qiáng)耦合中失諧量的改變實(shí)現(xiàn)模式壽命的操控，相較于未耦合的局域表面等離模式，強(qiáng)耦合的模式壽命由6飛秒(10-15秒)提高到10飛秒。這一研究成果對(duì)進(jìn)一步發(fā)展基于表面等離激元的人工光合成、生物傳感等應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)價(jià)值。
此研究是由北京大學(xué)和日本北海道大學(xué)共同合作完成，北京大學(xué)物理學(xué)院博士生楊京寰和重大儀器項(xiàng)目的國(guó)際合作者、北海道大學(xué)助理教授孫泉為該文章的共同第一作者，龔旗煌和北海道大學(xué)Misawa教授為共同通訊作者。
展開 基于自修復(fù)彈性體和可拉伸人工表面等離激元超材料的新型波導(dǎo)相關(guān)機(jī)理如圖1所示。研究團(tuán)隊(duì)基于動(dòng)態(tài)亞胺鍵設(shè)計(jì)了一種兼具高強(qiáng)度、良好柔韌性以及室溫自修復(fù)能力的彈性體基底。與其他線性結(jié)構(gòu)自修復(fù)材料不同，該基底因其自身動(dòng)態(tài)三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)而具有較低的蠕變性，從而保證了射頻器件形態(tài)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。將該基底在室溫下完全切斷后再將斷面拼接，其可在24小時(shí)內(nèi)恢復(fù)至原有力學(xué)強(qiáng)度。同時(shí)，由于環(huán)氧基團(tuán)的存在，該基底與金屬結(jié)構(gòu)表面之間具有良好的黏合力，這極大地方便了器件的制造與組裝。
圖1. 自修復(fù)柔性可拉伸人工表面等離激元波導(dǎo)示意圖。
在實(shí)際應(yīng)用中，破損后處于動(dòng)態(tài)變化的彈性基底或許不能實(shí)現(xiàn)平整完美的裂口修復(fù)效果，自修復(fù)過程本身也需要一定的時(shí)間。為了時(shí)刻維持無線通信質(zhì)量，需要射頻器件結(jié)構(gòu)本身也具備抗損壞、抗變形的性能。為此，研究團(tuán)隊(duì)提出了一種基于可拉伸蛇形金屬結(jié)構(gòu)的新型人工表面等離激元波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)在不犧牲電磁性能的前提下展現(xiàn)出了優(yōu)異的拉伸、扭曲性能。與傳統(tǒng)平面微波傳輸線相比，得益于人工表面等離激元獨(dú)特的場(chǎng)分布，該波導(dǎo)對(duì)金屬結(jié)構(gòu)和基底的損傷變形有著更高的耐受能力。自修復(fù)材料可實(shí)時(shí)修復(fù)損傷維持器件結(jié)構(gòu)的力學(xué)強(qiáng)度，而人工表面等離激元結(jié)構(gòu)可在損傷變形的情況下維持良好的電磁性能，二者的特性相輔相成互為補(bǔ)充，從而實(shí)現(xiàn)了極佳穩(wěn)定性和耐久性的新型微波波導(dǎo)。
作為功能驗(yàn)證，研究團(tuán)隊(duì)制造了自修復(fù)柔性可拉伸人工表面等離激元波導(dǎo)，并進(jìn)行了相應(yīng)測(cè)試（圖2）。
圖2. 自修復(fù)柔性可拉伸人工表面等離激元波導(dǎo)及性能測(cè)試。
測(cè)試結(jié)果證明，即使發(fā)生結(jié)構(gòu)破損并彎折、扭曲變形，該新型波導(dǎo)仍能維持可靠的電磁波傳輸，而且在自修復(fù)完成后，電磁波傳輸性能幾乎可以恢復(fù)至初始狀態(tài)。同時(shí)，利用軟件無線電模擬柔性可穿戴電子系統(tǒng)并搭建了一個(gè)人體網(wǎng)絡(luò)測(cè)試環(huán)境。
展開 為此，探測(cè)器材料需要支持特種“緊湊波”——所謂的等離激元。從理論上來說，在波的諧振下，這種探測(cè)器的效率會(huì)得到進(jìn)一步提升。
但實(shí)現(xiàn)這種探測(cè)器比預(yù)期更難。原因在于：在大多數(shù)半導(dǎo)體材料中，由于電子與雜質(zhì)的碰撞，等離激元會(huì)快速衰減。石墨烯被認(rèn)為可解決問題，但其還不夠潔凈。
在最新研究中，科學(xué)家解決了這個(gè)問題。他們制造了一個(gè)光電探測(cè)器，由封裝在氮化硼晶體之間的雙層石墨烯組成，并與太赫茲天線發(fā)生耦合。在這個(gè)“三明治”結(jié)構(gòu)中，雜質(zhì)被逐出石墨烯薄片之外，使等離激元更自由地傳播。被金屬鉛束縛住的石墨烯片形成了一種等離激元諧振器，而石墨烯的雙層結(jié)構(gòu)使波速可在一個(gè)寬范圍內(nèi)調(diào)諧。
新設(shè)備實(shí)際上也是尺寸僅為幾微米的太赫茲光譜儀，可通過電壓調(diào)諧控制諧振頻率。此外，它還可用于基礎(chǔ)研究：在不同頻率與電子密度下測(cè)量探測(cè)器中的電流，展示出了等離激元的特性。
論文合著者之一、莫斯科物理技術(shù)學(xué)院光電二維材料實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人多米特瑞·斯凡特斯弗表示：“所有這些設(shè)備之前都有，但我們將同樣的功能打包到了十多立方微米的體積中?！?/span>
展開 
等離激元的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
等離激元的最新內(nèi)容
關(guān)鍵詞：斯格明子；SPP波；光學(xué)斯格明子；相位調(diào)控
本工作基于表面等離激元（SPP）場(chǎng)，設(shè)計(jì)六邊形金屬狹縫結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)光學(xué)斯格明子的動(dòng)態(tài)調(diào)控，通過時(shí)域有限差分法（FDTD）仿真，驗(yàn)證入射光相位調(diào)控可精準(zhǔn)改變光學(xué)斯格明子的形貌與位置，為拓?fù)涔鈱W(xué)結(jié)構(gòu)的可控構(gòu)建提供仿真依據(jù)。
等離子體與MIM結(jié)構(gòu)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)
等離子體技術(shù)是當(dāng)前光學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，它聚焦于電磁波與金屬-介質(zhì)界面自由電子的相互作用，這種作用會(huì)激發(fā)表面等離激元極化激元（SPPs）——沿金屬-介質(zhì)邊界傳播的電子集體振蕩。SPPs具有亞波長(zhǎng)光限制能力，能將光場(chǎng)壓縮到遠(yuǎn)小于衍射極限的尺度，這為高分辨率成像、高靈敏度傳感等應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
基于該新型等離激元槽式TFLN調(diào)制器，我們成功實(shí)現(xiàn)110Gbaud BPSK信號(hào)傳輸，其比特誤碼率(BER)達(dá)2.5×10??，能耗僅為0.82pJ·bit?1。該等離激元MZM首次將LN固有的大、快速Pockels EO系數(shù)與納米尺度PSW中前所未有的增強(qiáng)光-物質(zhì)相互作用相結(jié)合。此類新型器件及其卓越性能，非常適合用于未來高速、高密度光子集成系統(tǒng)，可應(yīng)用于光計(jì)算、光通信或光傳感功能。
(e) 等離激元光學(xué)納米天線對(duì)外膜囊泡釋放的酶分子進(jìn)行光學(xué)探測(cè)的機(jī)制。
實(shí)驗(yàn)中，他們將所構(gòu)建的等離激元光學(xué)納米天線放置于細(xì)菌生存環(huán)境中，根據(jù)等離激元光學(xué)納米天線散射光譜強(qiáng)度的變化，分別對(duì)單個(gè)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌外膜囊泡釋放的偶氮還原酶分子進(jìn)行了持續(xù)實(shí)時(shí)探測(cè)。
此外，國(guó)內(nèi)外對(duì)“等離激元”技術(shù)的應(yīng)用更引人關(guān)注，該技術(shù)大大降低了傳統(tǒng)催化反應(yīng)的輸入能量要求（可利用太陽能或廢熱），提高了能量轉(zhuǎn)化效率，實(shí)現(xiàn)了二氧化碳轉(zhuǎn)化為汽油、柴油、氫等能源，在一個(gè)反應(yīng)設(shè)備中同步完成所有工業(yè)步驟，更加節(jié)能和降低成本。
等離激元技術(shù)實(shí)際上復(fù)刻了整個(gè)光合作用。
案例四
超材料和超表面仿真設(shè)計(jì)，周期性超表面透射反射分析
案例五
光力、光扭矩、光鑷力勢(shì)場(chǎng)計(jì)算
案例六
波導(dǎo)模型（表面等離激元、石墨烯等）本征模式分析、各種類型波導(dǎo)傳輸效率求解
案例七
光-熱耦合案例
因此，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可拓展到不同類型的極化激元體系中（例如等離極化激元等）。作者還討論了不同類型的點(diǎn)源對(duì)雙曲極化激元傳播定向性的影響。
圖2：激發(fā)源與面內(nèi)各向異性介質(zhì)相互作用導(dǎo)致極化激元對(duì)稱破缺。（a）計(jì)算水平電偶極子動(dòng)量空間的角譜分布（黃色虛線處場(chǎng)源強(qiáng)度為零）。（b）高對(duì)稱晶體中的雙曲等頻線。（c）源場(chǎng)與雙曲等頻線的相互作用。
Ansys Lumerical FDTD的主要應(yīng)用
CMOS圖像傳感器
OLED和液晶顯示
表面計(jì)量
表面等離激元
石墨烯器件
太陽能電池
集成光子器件
超材料、超表面
衍射光學(xué)和光子晶體
Ansys光學(xué)軟件產(chǎn)品推薦
ZEMAX
Ansys Zemax是一套綜合性的光學(xué)設(shè)計(jì)軟件，它提供先進(jìn)的、且符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的分析、優(yōu)化、公差分析功能
關(guān)于高階衍射出現(xiàn)的條件和適當(dāng)?shù)慕＿^程，我們已經(jīng)在
等離激元線光柵
的例子中深入介紹過了，這里就不多說了。簡(jiǎn)單來說，計(jì)算域相對(duì)于上方和下方材料的波長(zhǎng)越寬，可以出現(xiàn)的衍射階數(shù)就越多(衍射階數(shù)隨入射角的變化而變化)。下面顯示的結(jié)果是總的透射率和反射率；也就是說，所有反射到不同衍射階數(shù)的光和所有透射的光都加在一起。
法向入射到含金屬涂層的波紋玻璃表面光的透射，反射和吸收率。
在基于超表面的表面等離激元計(jì)算中，由于結(jié)構(gòu)單元具有亞波長(zhǎng)尺寸，而產(chǎn)生一些不同于射線光學(xué)的新奇性質(zhì)。本篇以基于金薄膜的復(fù)雜納米孔結(jié)構(gòu)為例，計(jì)算了結(jié)構(gòu)在被x偏振方向的高斯光束照射后于不同平面觀測(cè)到的光場(chǎng)局域效果。
一、結(jié)構(gòu)建模
首先是建立結(jié)構(gòu)模型，結(jié)構(gòu)為上方大孔，下方小孔的嵌套結(jié)構(gòu)，基底為氧化硅。依次在基底上方、小孔上方、大孔上方以及縱向截面放置監(jiān)視器。
