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可调谐激光器支撑纳米光子学中的光与物质相互作用研究

纳米光子学(或称纳米尺度光子学)研究发生在(亚)波长尺度上的光与物质相互作用——在这一领域中,纳米结构物质的特性决定着相互作用的性质。

这一庞大的基础与应用研究领域将光子学概念与纳米技术相融合,即对纳米尺度材料与工艺的多学科运用。纳米光子学在提升成像空间分辨率、构建灵敏度与特异性更高的新型传感器、降低器件运行能耗以及创建功耗更低的密集集成信息系统等方面具有可观潜力。

光子纳米结构的特性往往与所谓的量子限制效应直接相关。根据限制维度为一维、二维还是三维,人工构建的材料分别被称为量子阱、量子线(碳纳米管是其中的突出代表)或量子点。此类系统的光谱表征通常需要在宽光谱范围内调节激发激光,而高精细度光谱共振则要求足够窄的激光线宽。这类应用正是可调谐连续波OPO设计的用武之地——只需按键操作即可覆盖可见光与近红外光谱范围,且调谐方案可针对几乎任何特定实验需求进行定制。

纳尺度光场操控的技术路径

纳米光子学的另一常见概念是采用专门设计的纳米尺度金属结构,在(亚)波长尺度上引导和聚焦光,实现远超经典衍射极限的光场约束。简言之,光可通过产生所谓的局域表面等离激元等激发而被“压缩”——既可借助近场扫描光学显微镜(SNOM或NSOM)中常用的金属孔径,也可借助针尖增强拉曼光谱(TERS)或光辅助扫描隧道显微镜中使用的金属针尖实现。值得注意的是,激发波长可调谐的针尖增强拉曼光谱的实验验证——预期为研究纳米尺度物质特性开辟新的实验视野——正是随着基于OPO技术的宽调谐激光光源的出现而得以实现的。

单晶金纳米片上的等离激元聚焦

一项应用报告展示了C-WAVE单频可调谐波长的灵活性在纳米光子学实验中的运用。研究者借助散射式扫描近场光学显微镜,考察在经等离激元透镜结构加工的单晶金纳米板上激发的表面等离激元极化激元(SPPs)。利用新型可调谐连续波光源,在可见光波段的不同波长处激发SPPs。实验显示,金结构对SPPs波矢的选择与数值计算的色散关系吻合良好,验证了该方法对高度局域化表面等离激元场操控的有效性。

相关研究

相关内容见诸Euro Photonics期刊(2018,可调谐激光光源推动纳米光子学发展)及单晶金纳米片等离激元聚焦应用报告。

相关产品

C-WAVE系列为宽调谐连续波激光器,波长450 nm–3.5 μm,功率200–1000 mW,适用于纳米光子学、量子研究与拉曼光谱(TERS)。

可调谐激光器支撑纳米光子学中的光与物质相互作用研究

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