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首页>> news>> 2025年8月组内文献阅读汇报



文献标题:Broadband Solar Metamaterial Absorbers Empowered by Transformer-Based Deep Learning


对超材料的研究在太阳能收集领域表现出巨大的潜力。在过去的十年中,宽带太阳材料吸收器(SMA)的设计吸引了人们的兴趣。常规设计通常需要具有巨大的结构参数采样空间的蛮力优化。研究内容:这项工作开发了基于超材料光谱变压器(MST)的DL模型,用于高性能SMA的强大设计。 MST将超材料的光谱划分为N个板块,这克服了传统DL中过度拟合的严重问题,并显着提高了学习能力。开发了一种基于用户自由定义的灵活设计工具,以促进具有各种光学功能的超材料的实时按需设计。该方案应用于具有渐变折射率纳米结构的SMA的设计和制造。创新点:通过对超材料的输入光谱进行分割,开发了一个MST,并基于GRI方案完成了SMA的高效率设计。与逆神经网络( INN )中的CT相比,MST在模型训练上表现出更好的性能,可以学习各种物理概念。与前向神经网络( Forward Neural Network,FNN )中经典的MLP模型相比,该模型使用了更少的训练参数,并且具有更好的预测精度。结论:我们建立了一个基于频谱分割方案的MST网络,用于SMAs的智能设计。我们的方法通过使用比经典MLP网络更少的训练参数,对FNN表现出更高的预测精度。



文献来源:W. Chen, Y. Gao, Y. Li, Y. Yan, J.-Y. Ou, W. Ma, J. Zhu, Broadband Solar Metamaterial Absorbers Empowered by Transformer-Based Deep Learning. Adv. Sci. 2023, 10, 2206718. 作者:Wei Chen, Yuan Gao, Yuyang Li, Yiming Yan, Jun-Yu Ou, Wenzhuang Ma, Jinfeng Zhu



报告人:王艺


文献标题:Photonic Majorana quantum cascade laser with polarization-winding emission 具有偏振缠绕发射的光子马约拉纳量子级联激光器


拓扑腔体因其模式对扰动的鲁棒性,被认为是新型半导体激光器的有前景的候选者。近年来,拓扑激光器(TLs)在多种设计中得到了实现,包括一维二维Su-Schrieffer-Heeger(SSH)激光器。这些激光器的一个显著特点是其激光模式对某些扰动的不敏感性,这可能减少了制造缺陷或环境干扰的影响。然而,目前实现非平凡光束轮廓的方法,如通过结构化的光学泵浦或强磁场实现的涡旋波前发射,对于实际设备应用来说并不方便。因此,开发能够直接将电能转换为具有非平凡结构的激光束的电泵浦TLs是非常有吸引力的。内容包括本研究实验性地展示了一种基于光子马约拉纳零模(MZM)的电泵浦拓扑激光器,该激光器单片集成在量子级联芯片上。研究团队展示了MZM发射出具有拓扑非平凡偏振轮廓的圆柱向量(CV)光束,这一光束来自太赫兹(THz)半导体激光器。一值得注意的是在于实现了基于光子马约拉纳零模的电泵浦拓扑激光器,其具有单模激光和非平凡的偏振缠绕发射轮廓,对应于圆柱矢量(CV)光束。二需要说明的是,与现有的依赖于复杂光学元件生成CV光束的方法不同,本研究开发的CV光束生成器是一个具有超紧凑尺寸的单片半导体激光器。启发在于涡旋光束和圆柱矢量光束区别在于涡旋光束主要关注光束的相位和轨道角动量,而圆柱矢量光束主要关注光束的偏振分布。

文献来源: Optics Letters (Vol. 50, No. 3, 2025). 作者:Song Han, Yunda Chua, Yongquan Zeng, Bofeng Zhu, Chongwu Wang, Bo Qiang, Yuhao Jin, Qian Wang, Lianhe Li, Alexander Giles Davies, Edmund Harold Linfield, Yidong Chong, Baile Zhang, Qi Jie Wang 期刊:Nature Communications. 14,707 (2023)



报告人:付子怡

文献标题:Resonant Grating-Enhanced Black Phosphorus Mid-Wave Infrared Photodetector 《谐振光栅增强型黑磷中波红外光电探测器》


由于带隙适中、载流子迁移率高、衬底兼容性好、带隙可调,黑磷(BP)是一种很有前途的中波红外光探测材料体系。然而,其独特的可调带隙只能利用薄层厚度,这最终限制了BP光电探测器的光学吸收。本文设计和制作了不同的MIM光栅,并对其光谱特性进行了表征。然后,研究发现当与薄膜BP光电探测器集成时,MIM结构在3.37 μm的室温响应率从12提高到77 mA W-1。结果表明,MIM结构同时提高了薄膜BP光电探测器的中波红外吸收和响应率。研究内容1:利用金属-绝缘体-金属(MIM)共振光栅结构,用于增强薄层黑磷在中波红外波段(3–5 μm)的光吸收和光电响应。创新点:首次实验验证MIM光栅增强BP中波红外响应度:本文是首个在实验上实现并量化MIM结构对BP光电探测器性能提升的研究。可调谐共振波长:通过调节光栅长度L,可实现共振吸收峰的红移,从而实现对特定波长的响应增强。各向异性控制与偏振敏感性:MIM结构与BP的armchair轴(晶向)对齐,最大化吸收和响应度,并表现出明显的偏振依赖性。文章结论:MIM共振光栅结构能显著增强薄层黑磷在中波红外波段的光吸收和光电响应。共振波长可通过光栅几何参数调控,具有良好的设计灵活性。启发:通过创新的MIM光栅结构成功提升了黑磷在中波红外波段的光电性能。



文献来源:Nano Letters,October 26, 2022 作者: Max R. Lien,Nan WangJiangbin WuAlexander SoibelSarath D. GunapalaHan WangMichelle L. Povinelli 发表日期: 2022



报告人:胡楠楠

文献标题: Quasi-BICs enhanced second harmonic generation from WSe₂ monolayer


背景:二维TMDC材料(如WSe₂)具有强非线性,但因原子尺度厚度,光-物质相互作用弱。准BIC模式可提供高态密度与强局域场,有潜力增强二次谐波( SHG )。然而准BIC器件对入射角及几何容差较敏感,且高Q与平带特性实验实现难度大。研究内容:设计多孔Si超表面,通过调节孔位移参数d激发可调谐准BIC模式,获得准平带特性,角分辨谱表征显示在±10°范围内色散极小。结合WSe₂单层,实现SHG增强>170倍。SHG峰值在401 nm,功率依赖呈平方关系,确认非线性二次过程。多极分解显示电偶极(ED)与环偶极(TD)主导共振模式。创新点:首次实验验证带平带特性的准BIC,弱化入射角敏感性。在Si平台上实现高效率二维材料非线性增强,兼容半导体工艺。通过调节孔偏移参数d,实现共振波长及Q因子可控。文章结论:该工作展示了多孔Si超表面与WSe₂单层的混合结构,利用准BIC模式增强SHG超过两个数量级,且具良好的角度鲁棒性。为基于硅光子学的二维材料非线性器件提供可行平台。启发:可推广至多层TMDC及其他二维材料以实现高效非线性源。平带准BIC可用于提升光-物质耦合,发展片上量子光子学。



文献来源: Nanophotonics 2024; 13(18): 3449–3456 DOI: 10.1515/nanoph-2024-0108 作者: Peiwen Ren, Zhuo Huang, Song Luo et al. 发表日期: 2024.6.3



报告人:刘高敬

文献标题: Nonlinear THz Generation through Optical Rectification Enhanced by Phonon–Polaritons in Lithium Niobate Thin Films 铌酸锂薄膜中声子-极化激元增强的光整流太赫兹非线性产生


太赫兹(1–10 THz)波在安检、医学成像、高速无线通信等领域需求迫切,但现有固态源存在效率低、体积大、成本高等瓶颈。铌酸锂(LiNbO₃)拥有高非线性及宽透明窗口,却因光-太赫兹群速度失配和强声子吸收,难以在>4 THz高效产生辐射。薄膜铌酸锂(TFLN)能缩短作用距离抑制自吸收,同时声子-极化激元(PhP)理论上可显著增强非线性,但实验验证长期缺失。研究内容包括:实验方面采用50 fs、1500 nm飞秒脉冲泵浦厚度0.5–133 μm的x-cut LiNbO₃薄膜/晶体,利用GaP电光取样进行时域光谱测量,研究不同偏振组合下的THz辐射特性。理论方面建立含声子共振的多振子介电函数模型,结合广义米勒规则计算THz频段二阶非线性系数的色散;用COMSOL有限元模拟光学整流过程及局域表面声子极化激元(LSPhP)增强效应。将实验结果与数值模拟进行全面对照,验证PhP增强机理。 创新点一是首次实验证实:当LiNbO₃薄膜厚度<2 μm时,4.5 THz(o轴)和7.45 THz(e轴)处的光学声子可与电磁场耦合形成PhP,使二阶非线性系数比光频段提升约两个数量级;自吸收被薄膜几何有效抑制,实现2–8 THz宽带高效辐射。创新点二是提出并数值验证利用TFLN亚波长结构(如厚度500 nm、长12 μm纳米棒)激发LSPhP共振,可在7.75 THz附近获得额外约5倍的局域场增强,实现对THz输出频率、带宽、方向及偏振的片上灵活调控,为太赫兹超构表面/纳米天线设计奠定理论与实验基础。文章结论为薄膜化是兼顾PhP非线性增强与抑制自吸收的关键;采用TFLN平台可在>4 THz“THz gap”区域实现高功率、宽带、可集成的THz源;LSPhP工程化可进一步放大并裁剪THz辐射特性,推动TFLN成为下一代太赫兹光子芯片的核心材料。启发在于由“厚晶体”转向“亚波长薄膜+纳米结构”,用声子极化激元而非等离激元作为增强机制,避免金属损耗。TFLN片上集成可与硅基、氮化硅等平台异质集成,实现THz光源、调制器、探测器单片化。



文献来源:ACS Photonics 2023, 10, 3419–3425 作者:Luca Carletti*, Cormac McDonnell, Unai Arregui Leon, Davide Rocco, Marco Finazzi, Andrea Toma, Tal Ellenbogen, Giuseppe Della Valle, Michele Celebrano, Costantino De Angelis



报告人:高恩博

文献标题:Metasurface-Based Photodetectors: Pursuing Superior Performance and Multifunctionality (基于超构表面的高性能与多功能光电探测器)


现代光学系统(通信、成像、传感)对光电探测器提出更高要求:高灵敏度、高速度、宽光谱、低功耗及多功能检测(强度、偏振、光谱、角分辨)。传统探测器受限于材料本征吸收、结构尺寸与功能集成瓶颈,难以兼顾性能与小型化。超构表面(metasurface)以亚波长尺度精准操控光场的振幅、相位、偏振与光谱,为突破上述瓶颈提供新平台。内容包括:等原理阐述:系统梳理超构表面在振幅、相位、偏振、光谱四维度调控光的物理机制(局域表面等离激元、Mie/Fano 共振、Pancharatnam-Berry 相位、色散工程)。性能提升包括:高响应度,宽带探测,高速响应。多功能集成:偏振探测,光谱探测,高维光场探测。创新点系统性综述:首次全面整合“性能提升×多功能”两大方向,将超构表面的物理机制与具体器件结构、CMOS 集成、算法重建完整串联。文章结论为等超构表面已证明可在同一芯片内实现“更高(响应度)、更快(速度)、更宽(光谱)、更多(功能)”的光电探测。启发在于从单一性能指标迈向“性能-功能”协同优化;引入机器学习和神经网络。



文献来源:ACS Photonics 2025 12 (8), 4096-4118 作者:Xiangrui Zhao, Taiming Lou, Yang Peng, Feiying Sun, Xingzhan Wei



报告人:颜培烨

文献标题: Obtuse-angled separation of chiral resonances with planar asymmetry–induced tunability of quality factors.


研究背景:光子晶体支持布洛赫共振,将电磁能量限制在亚波长厚度内,并通过其固有模式状态实现偏振调制。如果光子晶体产生手性共振,那么它可以选择性地增强或抑制特定的圆偏振,使其成为理想的手性光学。 研究内容:研究人员设计了一种设计策略,通过引入平面结构摄动来实现具有大角发散和可调Q因子的手性谐振模式。Q因子与扰动强度呈平方反比关系,与准BIC的行为一致。理论和实验结果表明,手性模式具有高圆二色性、大分离角和高Q因子。研究人员进一步将二维激子耦合到这些共振模式上,实现了空间分离的手性发射。利用布里渊区折叠,将高对称点的束缚模式转换为辐射区域,提出了一种控制光子系统偏振、群速度和拓扑结构的策略。 创新点:该演示了如何通过结构扰动将传统的六边形布里渊区转变为矩形布里渊区。这种转换允许将手性模式耦合到自由空间中,这些模式先前被限定在±K点。利用布里渊区折叠,原本作为束缚态存在于高对称点的光子模式可以转化为漏模。先前对高对称性点的光子模式的研究主要集中在Γ点或其附近,因为这些点固有地位于光锥内。然而,通过布里渊区折叠或其他方法将其他高对称点的光子模式耦合到自由空间中,为纳米光子学带来了新的自由度。研究光子模式在不同高对称性点上的偏振、群速度和拓扑圈数等光学特性是非常有趣的。



文献来源: Sci. Adv.11,eadu4875(2025). DOI:10.1126/sciadv.adu4875 作者:Minsu Jeong, Jihae Lee, Seokwoo Kim, Xiangxin Gong, Rouli Fang, Yuhui Yang, Sang Hoon Chae, and Junsuk Rho 发表日期: 23 Jul 2025.



报告人:罗猜


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