近日，上海科技大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院曲俞睿課題組在低損耗等離激元光子學(xué)領(lǐng)域的兩篇文章分別發(fā)表在光學(xué)期刊《光學(xué)和光子學(xué)的進(jìn)展》(Advances in Optics and Photonics)及《先進(jìn)光子學(xué)通訊》(Advanced Photonics Nexus)。
 

　　低損耗等離激元：堿金屬技術(shù)助力光子學(xué)新突破
 

　　等離激元技術(shù)作為光子學(xué)的重要分支，在光計(jì)算、計(jì)算成像和光學(xué)傳感等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛應(yīng)用前景。以光計(jì)算為例，傳統(tǒng)的光學(xué)計(jì)算硬件受衍射極限影響，難以實(shí)現(xiàn)納米級(jí)別的光場(chǎng)調(diào)控。等離激元通過(guò)局域電磁場(chǎng)增強(qiáng)，使計(jì)算元件尺寸大幅縮小，可實(shí)現(xiàn)納米級(jí)計(jì)算單元，但高損耗是其應(yīng)用的主要瓶頸。題為《基于堿金屬的低損耗等離激元：從基礎(chǔ)到應(yīng)用》的綜述文章，系統(tǒng)總結(jié)了堿金屬在等離激元領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展，探討了其在降低損耗方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)及潛在應(yīng)用價(jià)值。
 

　　文章指出，堿金屬(如鋰、鈉和鉀)相較于傳統(tǒng)貴金屬，具有更低的等離激元損耗和更優(yōu)的光學(xué)性質(zhì)，能夠在可見(jiàn)光和近紅外波段實(shí)現(xiàn)更高效的光子操控。這使得堿金屬成為新一代低損耗等離激元材料的有力競(jìng)爭(zhēng)者。此外，文章還詳細(xì)探討了堿金屬等離激元在超表面、光計(jì)算和傳感等領(lǐng)域的前沿進(jìn)展。未來(lái)隨著材料制備技術(shù)的進(jìn)步和器件集成方案的優(yōu)化，堿金屬有望在光子芯片、超分辨成像和量子光學(xué)等領(lǐng)域發(fā)揮更大作用。
 

　　圖1 (a-b)具有周期性結(jié)構(gòu)的Na納米棒等離激元器件示意圖和實(shí)驗(yàn)角分辨光譜。(c-d) 采用熱輔助納米壓印技術(shù)制備納米結(jié)構(gòu)。(e-f)低功耗動(dòng)態(tài)等離激元彩色顯示器的示意圖。

 

　　文章由信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院曲俞睿教授和南京大學(xué)、西湖大學(xué)合作完成，論文發(fā)表于光子學(xué)期刊Advances in Optics and Photonics。曲俞睿教授為論文第一作者，上海科技大學(xué)為第一完成單位。
 

　　低損耗等離激元超表面：亞波長(zhǎng)納米像素化彩色印刷技術(shù)
 

　　在納米光學(xué)領(lǐng)域，等離激元彩色印刷技術(shù)因其超高分辨率和豐富的色彩調(diào)控能力，受到廣泛關(guān)注。然而，傳統(tǒng)等離激元彩色印刷通常存在顏色隨觀察角度變化的問(wèn)題，限制了其在顯示、防偽和光子器件中的應(yīng)用。曲俞睿組聯(lián)合南京大學(xué)團(tuán)隊(duì)提出了一種基于亞波長(zhǎng)納米像素化鈉超表面的角度穩(wěn)定等離激元彩色印刷技術(shù)，成功克服了這一難題。
 

　　研究利用低損耗的堿金屬鈉作為等離激元材料，設(shè)計(jì)并制造了由深亞波長(zhǎng)納米結(jié)構(gòu)構(gòu)成的超表面。這種新型結(jié)構(gòu)能夠有效減少光散射的角度依賴性，使印刷圖案在不同視角下保持穩(wěn)定色彩。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法不僅實(shí)現(xiàn)了高色彩保真度，還能夠在納米尺度上精準(zhǔn)控制顏色分布，其像素尺寸突破了傳統(tǒng)彩色印刷技術(shù)的極限。
 

　　該研究展示了堿金屬在等離激元光學(xué)領(lǐng)域的巨大潛力，為超高分辨率、角度無(wú)關(guān)的納米光子學(xué)應(yīng)用提供了新思路。未來(lái)可廣泛應(yīng)用于防偽標(biāo)識(shí)、高密度光存儲(chǔ)、光學(xué)安全認(rèn)證等領(lǐng)域，并有望推動(dòng)新一代高性能光學(xué)顯示與信息存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展，研究成果發(fā)表在《先進(jìn)光子學(xué)通訊》(Advanced Photonics Nexus)上，曲俞睿教授為論文的共同第一作者。
 

圖2亞波長(zhǎng)像素化納超表面結(jié)構(gòu)和明場(chǎng)條件下拍攝的彩色卡通鯨魚(yú)和彩色條紋。