Casino chơi như thế nào 什麼是奈米光子學？

下光與物質相互作用的學科，

這些相互作用發生在比光波長更小的尺寸上，

奈米光子學包含了多種超越光繞射極限的輻射-物質相互作用，

致力於在奈米光子學的領域中提升知識的物理學家光子晶體他們的主要目標是開發奈米光子裝置，

操控光的特性並非單純是一種現代現象，可調式實際上是由於我們現在所知的金屬奈米粒子被添加到玻璃中所產生的

人類已經發現了巧妙的方法來控制光的特性，

奈米光子學作為一個獨立的學科，

工程師也可以利用製造半導體裝置所使用的相同方法，

奈米光子學帶動了創新，

• 太陽能電池技術能夠製造出具有強吸收特性的金屬奈米粒子，
• 超透鏡技術能夠達到前所未有的光聚焦與偏光，
• 醫療光子學使得超快速光調變成為可能，
• 光學運算提供極快的資訊處理速度，

在高速資料傳輸中，

光子電路有望能將傳輸線路由數百公尺縮短為僅僅數公尺

可以使用在金屬表面和結構周圍形成之表面電漿子極化子 (即受限制的電磁輻射) 等新穎方法，

奈米光子學特別專注在單一光子與奈米結構進行相互作用，域場增強效應這些相互作用產生了新的光學現象，

在奈米尺度下操縱光與物質的相互作用卻帶來了重大的挑戰，

能源定位與非線性相互作用是影響奈米尺度範圍內產生光的重要原理，自發放射程序，拉曼散射。

弱非線性反應的塊體金屬需要透過泵或雷射的應用來進行高強度激發，

可能會採用整合式光子腔來增加泵的利用，準 2D 表面電漿子提供大幅增加的場域強度增強功能和定位 (在 20 nm 限制中超過 10⁷)，實現倍頻效應適合應用在高解析度感測和造影

光子奈米結構的研究構成了奈米光子學的發展驅動力，

奈米光子學的限制方法

將光與物質相互作用侷限在奈米尺度：

1. 光的限制，
2. 物質的限制
3. 透過光化學或光誘發相位轉變 (PIPT) 進行限制

例如奈米分子(具有取決尺寸之光學特性的奈米級寡聚物)，

例如在電漿例如吸收兩個紅外線光子並將其轉換為可見的紫外線光子

在其他地方，光子晶體是介電質奈米複合材料是由不同材料隔相的領域所形成，

奈米光子學的限制效果

研究人員使用各種限制幾何，

• 依賴衰減波形成的軸向定位，
• 即是將樣本放置在光源發出入射光波長的分段內

奈米光子學的衰減波

它們會將能量集中在其來源附近，

當光線在具有不同折射率的兩種介質之間介面 (如在稜鏡樣品介面中)經過全內反射時，

稜鏡通常用於產生與樣品相互作用的衰減波，

衰減波的一大優點是可促進奈米級的光學相互作用，

亦有人提議將消逝波耦合波導這些波導也可作為光通訊網路中的方向波耦合器使用

奈米光子學的表面電漿共振 (SPR)

表面電漿 (SP) 是金屬表面上自由電子的集體振盪XUÂN衰減波在金屬介電介面上形成並與表面電漿耦合，

使用波導 (通常是介電基板上的金屬薄膜) 而非稜鏡，

他們因能將電磁場限制在大幅小於自由空間的光線波長尺度，

奈米光子學的金屬光學

這是因為金屬在光學頻率下 (在光譜的可見和近紅外線區域中)會顯示大幅負電容率

當頻率接近並超過電漿頻率 (即紫外線範圍內) 時，

例如次波長的金屬天線和波導 (比光的自由空間波長小數百倍)成功捕集電磁輻射

許多奈米光學設計採用類似的設計技術，

奈米光學與微波電路之間仍存在重要差異：

奈米光子學的非線性光學

引進金屬超材料可誘發非線性光學效應，

特別是在高場強度 (例如由雷射所產生) 下，

• 頻率轉換：光學相位共軛和四波混頻等可產生新頻率的光時，
• 多光子程序：非線性多光子程序可能產生新的方式來控制光與物質相互作用
• 超快處理：非線性光學效應會發生在超快的時序表上，
• 裝置小型化：非線性光子學可推動裝置小型化，
• 新材料：全介電超材料亦有利益產生，
• 量子發射器：量子發射器 (例如量子點) 與奈米光子波導之間發生非線性相互作用，

當研究人員以次波長尺度學習控制光的流動積體電路太陽能電池技術等多方面開啟了新的途徑

以下是奈米光子學重要應用的摘要。

奈米雷射

奈米雷射是透過像量子點及螢光團等發射器的群數反轉，

包括快速調變 (改善資料傳輸) 和低閾值電流 (改善電源效率)

Spasers (受激輻射引致表面電漿子放大) 是表面電漿版的雷射(受激輻射引致光線放大)，

研究人員對奈米雷射和表面電漿放大器充滿興趣，

光偵測器

光偵測器因為它們能夠偵測並將光線轉換為電子訊號，

• 單光子崩潰偵測器 (SPAD)能夠偵測到低至個別光子 (具有高時空解析度) 的低強度訊號，
• 光纖通訊裝置如砷化銦鎵 (InGaAs)可偵測透過光纖傳送的高速紅外線訊號，
• 光學網路裝置如波導整合式近紅外線偵測器
• 用於天文學的遠端感測儀器偵測從遠紅外線到伽馬射線的一系列波長
• 用於偵測化學和生物製劑痕跡的環境監控裝置
• 將陽光轉換為電能的太陽能電池
• CCD(充電耦合裝置) 和CMOS(互補性金氧半導體) 感應器適用於數位相機和其他造影裝置
• 建築物的存取控制系統

全光學切換

調整積體電路中個別元件的電漿共振，電漿激發可達成有效的全光學調節。

資料儲存

次波長近場光學結構無論是否嵌入或與紀錄媒體分開，

在熱輔助磁性紀錄中，雷射會先加熱磁性材料的次波長區域，

矽光子

矽光子涉及嵌入在矽基板上的奈米級光電裝置，

積體電路

製造商使用微影製程製造如微處理器和記憶體晶片等的積體電路極紫外線和 X 光)用於將奈米大小9

積體電路內的電子元件 (例如電晶體) 縮小化，

生物感測器

接收器會對傳感器的物理和化學變化有反應，

這些交互作用會導致傳感器光學性質的變化，

相較於大多數的生物分子分析物 (依據 200-400 nm 的順序)，

光學生物感測器提供非侵入式且可靠的方法來偵測生化劑，

超穎介面

超穎介面是一種人工設計的奈米表面，

• 顯示負電容率和導磁率 (負折射率)，
• 可將雙負介質與正折射率材料結合
• 由近零折射率所形成的隱形表面，

奈米光子學在追求小巧節能技術的目標上前景光明，

下一個前沿領域是以電子裝置的快速訊號處理能力來彌合光子的龐大資料傳輸能力

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