Frontiers in Surface Nanophotonics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Andrews, David L. (EDT)/ Gaburro, Zeno (EDT)

出品人:

页数:186

译者:

出版时间:2007-6

价格:$ 224.87

装帧:HRD

isbn号码:9780387489506

丛书系列:

图书标签:

• Nanophotonics
• Surface Plasmonics
• Nanomaterials
• Optical Properties
• Nanostructures
• Metamaterials
• Surface Science
• Optical Microscopy
• Bioimaging
• Sensors

先进光学材料与器件设计 图书简介 本书深入探讨了现代光学领域中，围绕先进材料的结构、性能及其在光子器件中应用的最新研究进展。全书内容聚焦于如何通过精妙的材料设计和结构调控，实现对光与物质相互作用的精确控制，从而推动光电子学、集成光子学以及量子光学等前沿分支的发展。 第一部分：超构材料与拓扑光子学基础 本部分奠定了理解和设计新型光子结构的理论和实验基础。 第一章：超构材料（Metamaterials）的物理原理 详细阐述了超构材料的概念及其与传统光学材料的区别。重点分析了负折射率、极化控制以及亚波长结构引起的有效介电常数和磁导率的奇异响应。内容涵盖了基于周期性或类周期性结构（如光子晶体和亚波长阵列）的电磁散射理论，特别是多极子共振（如局域表面等离子激元共振 LSPR）在超材料单元结构（Meta-atoms）设计中的作用。深入讨论了实现单比特、多比特或连续调控的动态超构表面（Reconfigurable Metasurfaces）的设计哲学，包括电学、热学或机械应力驱动下的光学响应变化。 第二章：拓扑光子学与无损传输 本章系统介绍了拓扑绝缘体（Topological Insulators, TI）在光子学中的类比实现及其带来的新奇物理现象。阐述了拓扑不变量在光子带结构中的意义，例如陈（Chern）数和Z2不变量。重点解析了手性边缘态（Chiral Edge States）的形成机制，以及这些态如何实现对缺陷、散射和非磁性局域场（Non-Hermitian localization）的鲁棒性。探讨了基于时间反演对称性破缺（Time-Reversal Symmetry Breaking）的磁光拓扑材料设计，以及单向光传播的实现。同时，也涵盖了二维和三维拓扑光子晶体结构的具体构建方法。 第二部分：新型光学活性材料与量子光学 本部分着眼于具有特殊光物理性质的材料体系，及其在量子信息和高灵敏度传感中的应用。 第三章：二维材料的光电特性与调控 聚焦于石墨烯、过渡金属硫化物（TMDs，如 $ ext{MoS}_2$, $ ext{WSe}_2$）及其异质结的光学特性。详细分析了这些材料的范德华力堆叠（van der Waals heterostructures）如何形成新的能带结构和界面效应。讨论了通过电场、应变工程（Strain Engineering）或掺杂来精细调控其吸收光谱、载流子寿命和激子动力学的方法。特别关注了 TMDs 在可见光到近红外波段的单光子发射特性，以及如何将其集成到波导结构中实现片上量子源。 第四章：稀土离子与发光中心在光子学中的应用 本章深入研究了掺杂了稀土离子（如 $ ext{Er}^{3+}$, $ ext{Yb}^{3+}$, $ ext{Pr}^{3+}$）的晶体、玻璃和纳米晶体在光放大和光存储中的潜力。讲解了上转换（Upconversion）和下转换（Downconversion）发光机制，以及量子效率的材料依赖性。探讨了如何利用高折射率矩阵（如硅基或氮化硅平台）与稀土中心耦合，实现高效的增益频谱工程。此外，还介绍了金刚石中的氮-空位（NV）色心等新型固态量子发光中心，及其在室温自旋操控和高精度磁场传感中的应用。 第三部分：光子集成与先进传感技术 本部分关注如何将上述新材料和新原理转化为实际可用的光子器件和传感系统。 第五章：高品质因子（Q）微纳谐振腔设计与耦合 系统介绍了高 $Q$ 谐振腔的设计原则，包括法布里-珀罗腔、环形腔和螺旋形腔体。重点讨论了如何通过优化材料的损耗特性（包括材料本征损耗和散射损耗）来提高谐振腔的品质因子。深入分析了腔体与耦合波导之间的耦合效率调控，包括慢光效应（Slow Light）的产生、腔内场增强机制及其在非线性光学中的应用。阐述了腔电极振荡器（Cavity Polaritons）的概念及其在低功耗光调制器中的潜力。 第六章：光子学在生物医学传感中的前沿应用 本章探讨了基于微纳光学结构（如光子晶体或等离子体传感器）的生物分子和化学传感技术。详细介绍了表面增强拉曼散射（SERS）基底的材料选择和结构优化，以期达到更高的增强因子。阐述了如何利用等离激元共振的尖锐性和灵敏度，结合微流控技术，实现对痕量生物标志物的实时、高特异性检测。讨论了光纤光栅传感器的敏感性提升策略，以及新型光学相干层析成像（OCT）技术中对散射介质穿透能力的改进。 第七章：非线性光学在集成平台上的实现 本部分聚焦于在硅基、氮化硅或 $ ext{AlGaAs}$ 等集成平台上实现高效的非线性光学过程。解释了 $chi^{(2)}$ 和 $chi^{(3)}$ 非线性效应的物理机制，并讨论了如何通过结构工程（如周期性极化 PPLN）或材料特性来增强二次谐波（SHG）和和频产生（SFG）。深入分析了克尔透镜效应和自相位调制在超快光脉冲产生和频率梳（Frequency Comb）梳齿锁定中的作用，并比较了不同集成平台在非线性效率上的优劣。 全书旨在为光电子、材料科学、物理学及工程学领域的科研人员和研究生提供一套系统、深入且具有前瞻性的理论指导和技术参考。

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