折射率不连续环境中的多模导引表面晶格共振
光学
2025-08-26 v4 应用物理
摘要
超表面中的表面晶格共振（SLR）凭借其高品质（Q）因子、显著的局域场增强和广泛的长程相互作用，已成为亚波长光学器件的变革性平台。然而，当前高 Q 因子 SLR 的实现从根本上受限于对均匀介电环境的依赖。这一限制严重阻碍了其在分子传感等新兴领域的适用性，因为在这些领域中，在非均匀介电介质（例如，具有水或空气包层的界面）中工作通常是不可或缺的。为了克服这一限制，我们通过将纳米颗粒阵列集成在平板波导中，引入了导引表面晶格共振（gSLR）。这种构型促进了散射光与 Bloch 模式之间的高效耦合，从而即使在折射率不连续的环境中也能实现高 Q 因子的多模共振。在非相干照明下的实验验证表明，在折射率失配的周围环境中 Q 因子达到 1489。此外，通过调节纳米颗粒阵列在平板层内的垂直位移，可以连续调制这些多模 gSLR 的耦合强度和共振强度。为了提高对局部介电变化的灵敏度，我们研究了集成有金属基底的超表面中的 gSLR，展示了其用于生物分子检测的适用性。通过将吸附分子表示为均匀介电层，我们建立了一个结合生化反应动力学和光学响应的数学传感模型，并通过牛血清白蛋白（BSA）传感实验进行了验证。这项工作不仅推进了对复杂介质中共振工程的基础理解，也促进了超薄、超紧凑纳米光学和光电器件的发展。
引用
@article{arxiv.2404.07417,
title = {Multimodal Guided Surface Lattice Resonances in Index-Discontinuous Environments},
author = {Suichu Huang and Kan Yao and Hao Wang and Xumin Ding and Feiran Li and Cong Huang and Wentao Huang and Xuezheng Zhao and Yuebing Zheng and Yunlu Pan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2404.07417},
year = {2025}
}