納米光子學(或稱納米尺度光子學)研究發生在(亞)波長尺度上的光與物質相互作用——在這一領域中,納米結構物質的特性決定著相互作用的性質。
這一龐大的基礎與應用研究領域將光子學概念與納米技術相融合,即對納米尺度材料與工藝的多學科運用。納米光子學在提升成像空間分辨率、構建靈敏度與特異性更高的新型傳感器、降低器件運行能耗以及創建功耗更低的密集集成信息系統等方面具有可觀潛力。
光子納米結構的特性往往與所謂的量子限制效應直接相關。根據限制維度為一維、二維還是三維,人工構建的材料分別被稱為量子阱、量子線(碳納米管是其中的突出代表)或量子點。此類系統的光譜表征通常需要在寬光譜范圍內調節激發激光,而高精細度光譜共振則要求足夠窄的激光線寬。這類應用正是可調諧連續波OPO設計的用武之地——只需按鍵操作即可覆蓋可見光與近紅外光譜范圍,且調諧方案可針對幾乎任何特定實驗需求進行定制。
納尺度光場操控的技術路徑
納米光子學的另一常見概念是采用專門設計的納米尺度金屬結構,在(亞)波長尺度上引導和聚焦光,實現遠超經典衍射極限的光場約束。簡言之,光可通過產生所謂的局域表面等離激元等激發而被“壓縮”——既可借助近場掃描光學顯微鏡(SNOM或NSOM)中常用的金屬孔徑,也可借助針尖增強拉曼光譜(TERS)或光輔助掃描隧道顯微鏡中使用的金屬針尖實現。值得注意的是,激發波長可調諧的針尖增強拉曼光譜的實驗驗證——預期為研究納米尺度物質特性開辟新的實驗視野——正是隨著基于OPO技術的寬調諧激光光源的出現而得以實現的。
單晶金納米片上的等離激元聚焦
一項應用報告展示了C-WAVE單頻可調諧波長的靈活性在納米光子學實驗中的運用。研究者借助散射式掃描近場光學顯微鏡,考察在經等離激元透鏡結構加工的單晶金納米板上激發的表面等離激元極化激元(SPPs)。利用新型可調諧連續波光源,在可見光波段的不同波長處激發SPPs。實驗顯示,金結構對SPPs波矢的選擇與數值計算的色散關系吻合良好,驗證了該方法對高度局域化表面等離激元場操控的有效性。
相關研究
相關內容見諸Euro Photonics期刊(2018,可調諧激光光源推動納米光子學發展)及單晶金納米片等離激元聚焦應用報告。
相關產品
C-WAVE系列為寬調諧連續波激光器,波長450 nm–3.5 μm,功率200–1000 mW,適用于納米光子學、量子研究與拉曼光譜(TERS)。