作者单位
摘要
1 中国科学院理化技术研究所有机纳米光子学实验室,北京 100190
2 中国科学院大学,北京 100049
三维(3D)无机微纳结构在光子学、量子信息、航空航天、能源等领域发挥着重要作用。利用传统制备方法获得的无机微结构通常分辨率较低和形貌不可控。因此,3D无机微纳结构的精确可控制备成为亟待解决的难题。激光加工具有高精度、形貌可控等优势,能够实现真3D、高分辨、多尺度复杂3D微纳结构的制备,解决3D无机微纳结构的精确可控制备难题。本文综述了激光加工制备无机微纳结构的研究进展,首先讨论了连续激光和超快脉冲激光加工方式,重点针对飞秒激光加工技术,阐述了基于纯无机材料体系、有机-无机杂化体系,以及聚合物模板法等制备3D无机微纳结构的方法。随后,总结了近年来激光加工3D无机微纳结构在光学器件、量子芯片、信息存储与防伪、航空航天以及仿生结构等领域的应用。最后,展望了激光加工3D无机微纳结构的未来发展趋势。
三维无机微纳结构 激光加工 飞秒激光 光与物质相互作用 微型器件 
激光与光电子学进展
2024, 61(19): 1900001
作者单位
摘要
北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院,北京 100124
表面增强拉曼光谱(SERS)是一种高灵敏的分子振动指纹光谱技术。光辅助化学还原制备SERS衬底具有成本低、环境适用性强等优势,但在微纳结构多样化制造方面存在局限性,限制了SERS衬底的检出性能。笔者系统研究了介质微球独特的聚焦特性,揭示了微球直径对聚焦光场分布的调控规律,在微球底部实现了可控的光场空间分布,实现了多级银微纳结构的快速光还原合成。进一步,通过优化制备参数(前驱液浓度比、激光辐照功率及辐照时间),成功制备了具有优异拉曼增强效果的多级银纳米颗粒/银微环/介质微球(AgNPs/AgMRs/MS)复合结构。通过介质微球和多级银微纳结构(AgNPs/AgMRs)中的光场耦合,即微球聚焦、多级银微纳结构局域表面等离激元共振以及复合结构定向发射等,实现了10-14 mol/L的痕量检测,增强因子可达9.50×109,为光化学还原制备高性能介质-金属复合SERS衬底提供了新思路。
光谱学 表面增强拉曼光谱 多级银微纳结构 光化学还原 介质微球 
中国激光
2024, 51(4): 0402404
石嘉丽 1,2侯养谦 2朱中杰 3武玉 2[ ... ]张益 2,3,*
作者单位
摘要
1 上海理工大学上海 200093
2 中国科学院上海应用物理研究所上海 201800
3 中国科学院上海高等研究院上海 201210
手性作为多肽分子的基本属性,已被证明可以用于调控多肽超分子体系的结构和性能,但目前关于手性对分子到超分子层次的作用机制的影响仍知之甚少。本文以β-淀粉样蛋白(Amyloid-β protein,Aβ)的核心识别序列二苯丙氨酸(Diphenylalanine,L-Phe-L-Phe)为研究对象,探索了L-Phe-L-Phe(FF)与对映体D-Phe-D-Phe(ff)的自组装体和共组装体的纳米结构变化,并对其分子间相互作用方式进行了分析。结果表明:FF和ff自组装形成了相似的纳米纤维结构,其手性主要影响肽分子间以及肽分子与水分子间的相互作用;相比于自组装,在FF和ff的共组装体中,X射线衍射(X-ray Diffraction,XRD)分析证实了新的晶相形成。上述研究对理解淀粉样纤维的形成机制和多肽超分子材料的设计有很好的借鉴意义。
二苯丙氨酸 自组装 共组装 X射线衍射 纳米结构 Diphenylalanine Self-assembly Co-assembly XRD Nanostructures 
核技术
2023, 46(11): 110504
作者单位
摘要
南方科技大学 机械与能源工程系,深圳 518055
激光诱导周期性表面结构(Laser-Induced Periodic Surface Structures,LIPSS)是一种在激光辐照下自发生成的超衍射极限结构,但其结构类型较为单一。提出了一种新型的二维图案化激光纳米加工方法,通过同时利用激光诱导的热效应及表面等离激元干涉,在正交的两个方向上分别形成褶皱和LIPSS两种周期性结构。这种方法仅通过单步辐照就能在薄膜材料表面生成二维褶皱LIPSS,从而丰富LIPSS的结构类型。同时,通过调整加工材料的膜厚或基底,以及改变入射激光波长或角度,可以分别调制二维纳米结构在两个正交方向上的周期。此外,通过激光偏振也可以调控该结构的取向。该方法能够进一步拓宽基于LIPSS的可加工表面纳米结构的种类及应用。
超快激光 激光诱导周期性表面结构 激光诱导褶皱 薄膜材料 二维纳米结构 飞秒激光 Ultrafast laser Laser-Induced Periodic Surface Structures(LIPSS) Laser-induced wrinkle Thin film materials 2D nanostructures Femtosecond laser 
光子学报
2023, 52(7): 0752302
谈冲 1,3孙艳 1戴宁 1郝加明 1,2,*
作者单位
摘要
1 中国科学院上海技术物理研究所 红外物理国家重点实验室,上海 200083
2 复旦大学 光电研究院,上海市智能光电与感知前沿科学研究基地,上海 200433
3 中国科学院大学,北京 100049
红外热敏探测器不管是在**还是在民用领域都有着非常重要的应用。传统的红外热敏探测器主要采用宽光谱吸收的方式,这虽然赋予了器件宽带响应的特点,但同时也会因为引入了不必要的辐射热导而增加本底噪声,从而限制了器件的探测性能极限。研究表明,具有窄带选择性吸收的热敏探测器在特定的条件下可以突破这一极限。经过精心设计的人工微纳结构不但可以实现波长选择性吸收来降低器件的辐射热导,而且由于其具有亚波长特性,还可以大大降低器件的热容,从而为实现高性能的红外热敏探测器提供了可能性。本文在简单介绍红外探测器基本概念的基础上,聚焦测辐射热计、温差电偶和热释电探测器件,回顾总结基于人工微结构体系的光谱选择性红外热敏探测器的相关研究进展。
热敏探测器 光谱选择性 人工微结构 超构表面 thermal detectors spectrally selective artificially engineered nanostructures metasurfaces 
红外与毫米波学报
2023, 42(5): 594
冯艳硕 1,2梁密生 1,2卞晓蒙 1,2任光辉 1[ ... ]祝连庆 1,2,*
作者单位
摘要
1 北京信息科技大学 光电信息与仪器北京市工程研究中心,北京 100016
2 北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院,北京 100192
3 中国空间技术研究院 北京卫星制造厂有限公司,北京 100094
以多元金属纳米薄膜(金、银)为基底,利用飞秒激光加工技术制备得到多元等离子体纳米结构,并研究了其局域表面等离子体共振效应( Local Surface Plasmon Resonance,LSPR)和表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering,SERS)性能。利用时域有限差分(Finite Difference Time Domain,FDTD)软件模拟了不同情况下(单层金膜、金银双层金属薄膜的平面以及阵列结构)的电场分布情况。根据仿真结果,相较于平面金属膜来说,飞秒激光制备的微纳结构阵列附近区域产生电磁场增强,集中在结构边缘处,且其强度变化与预期结果基本保持一致。此外,使用浓度为10−4 M和10−6 M的罗丹明(R6G)溶液进行SERS性能测试。测试的结果表明,单层平面金膜基本没有SERS峰值信号出现,而单层金膜上制备的等离子体纳米结构附近出现峰值信号,双层金属薄膜上制备的等离子体纳米结构展现出更高的SERS峰值信号。多元金属等离子体纳米结构展示出更强的局域表面等离子体共振效应,从而在表面增强拉曼散射、光催化、生物传感等领域具有广泛的应用。
飞秒激光加工 多元等离子体纳米结构 局域表面等离子体共振 表面增强拉曼散射 femtosecond laser processing multiple plasma nanostructures LSPR SERS 
红外与激光工程
2023, 52(4): 20220522
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Precision Spectroscopy, School of Physics and Electronic Science, East China Normal University, Shanghai 200062, China
2 Huawei Technologies Co, Ltd., Bantian Longgang District, Shenzhen 518129, China
3 Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
This paper reports the fabrication of regular large-area laser-induced periodic surface structures (LIPSSs) in indium tin oxide (ITO) films via femtosecond laser direct writing focused by a cylindrical lens. The regular LIPSSs exhibited good properties as nanowires, with a resistivity almost equal to that of the initial ITO film. By changing the laser fluence, the nanowire resistances could be tuned from 15 to 73 kΩ/mm with a consistency of ±10%. Furthermore, the average transmittance of the ITO films with regular LIPSSs in the range of 1200–2000 nm was improved from 21% to 60%. The regular LIPSS is promising for transparent electrodes of nano-optoelectronic devices—particularly in the near-infrared band.
transparent nanowires periodic surface nanostructures femtosecond laser direct writing ITO film anisotropic electrical conductivity 
Opto-Electronic Science
2023, 2(1): 220002
作者单位
摘要
闽南师范大学物理与信息工程学院,福建 漳州 363000
铟锡氧化物(ITO)作为一种高掺杂的半导体材料,其材料介电常数零点波长位于近红外波段,且其在近红外波段的吸收损耗较小,因此ITO可以成为近红外波段理想的局域表面等离激元共振效应(LSPR)材料。采用时域有限差分法模拟长方体状ITO纳米棒阵列的LSPR效应,通过调整ITO纳米棒的载流子浓度、尺寸、间距以及衬底折射率实现其红外波段LSPR共振峰的有效调节。这对于扩宽ITO纳米结构在红外波段LSPR效应的应用具有重要的研究意义。
材料 局域表面等离激元共振 ITO纳米结构 时域有限差分法 消光特性 
光学学报
2023, 43(9): 0916002
作者单位
摘要
首都师范大学物理系纳米光子与纳米材料北京市重点实验室,北京 100048
银纳米线可以承载传播的表面等离激元,纳米片可以产生局域的表面等离激元,二者形成的耦合结构不但可以将传播光场耦合为局域增强光场,还可以调控光场的偏振态等性质,为纳米光调控提供新的自由度。本团队构建了银纳米线‑三角片耦合结构,并发现耦合结构的发射偏振与纳米线‑三角片的耦合方式有关:当三角片与纳米线之间是“线”接触耦合时,耦合结构的发射偏振随着激发偏振的旋转而旋转;当二者是“点”接触耦合时,无论激发偏振如何变化,发射偏振角度几乎保持160°不变。进一步,利用时域有限差分法验证了出射偏振对入射偏振的依赖特性。通过计算自由电流密度体积分揭示了纳米线中传播的表面等离激元模式与银纳米线‑三角片耦合模式的转化机制,以及不同表面等离激元模式的叠加对发射偏振的调控。这些发现为纳米尺度上的光调控以及在纳米尺度上构建纳米光子器件提供了更多灵活性。
光学材料 表面等离激元 纳米结构 发射 偏振依赖性 
中国激光
2023, 50(1): 0113014
Author Affiliations
Abstract
1 Guangdong University of Education, School of Physics and Information Engineering, Guangzhou, China
2 University of Delaware, Department of Electrical and Computer Engineering, Newark, Delaware, United States
3 University of California, Department of Electrical Engineering and Computer Science, Irvine, California, United States
4 Jazan University, Faculty of Science, Department of Physics, Jazan, Saudi Arabia
5 Ibb University, Faculty of Science, Department of Physics, Ibb, Yemen
6 Institute of Energy and Climate Research, Materials Synthesis and Processing (IEK-1), Forschungszentrum Jülich GmbH, Jülich, Germany
7 University of Science and Technology of China, Hefei National Laboratory for Physical Sciences at the Microscale, Hefei, China
8 Riphah International University Faisalabad, Department of Physics, Faisalabad, Pakistan
Due to their unusual features in condensed matter physics and their applicability in optical and optoelectronic applications, three-dimensional Dirac semimetals (3D DSMs) have garnered substantial interest in recent years. In contrast to monolayer graphene, 3D DSM exhibits linear band dispersion despite its macroscopic thickness. Therefore, being a bulk material, it is easy to make nanostructures with 3D DSM, just as one normally does with metals such as gold and silver. Among 3D DSMs, cadmium arsenide (Cd3As2) is quite famous and considered an excellent 3D DSM due to its chemical stability in air and extraordinary optical response. In this review, advances in 3D DSM Cd3As2 fabrication techniques and recent progress in the photonics of 3D DSM Cd3As2 are given and briefly reviewed. Various photonic features, including linear and nonlinear plasmonics, optical absorption, optical harmonic generation, and ultrafast dynamics, have been explored in detail. It is expected that Cd3As2 would share an excellent tunable photonic response like graphene. We envision that this article may serve as a concise overview of the recent progress of photonics in 3D DSM Cd3As2 and provides a compact reference for young researchers.
Three-dimensional Dirac semimetal Cd3As2 photonics tunable nanostructures 
Advanced Photonics Nexus
2022, 1(2): 024001

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