ARMS 在光-物质强耦合研究中的应用
光和物质在一定条件下可发生强烈相互作用，并产生具有色散特性的混合态。新葡萄奔驰AMG的显微角分辨光谱系统ARMS可对其色散性质进行表征，为光-物质强耦合系统的色散研究提供了一种成熟而高效的解决办法。
【概述】在过去的30年里，光-物质强耦合的研究取得了显著的进展，从基础物理机理研究到器件应用，对光电子学领域产生了深远的影响。随着光谱技术的发展，人们对光子动量空间、相干性、光学非线性和拓扑结构等领域有了更深入的科学探索，为新型光子耦合器件发展打下了夯实的基础。
图1，光与物质相互作用研究和光谱技术的发展
追溯到19世纪末期，光与物质仅仅被视为相互独立的个体（图1），直到20世纪初，量子力学的发展推动了光与物质的探索，科学家们认识到光与物质可能存在相互作用。事实上，光-物质强耦合的基本原理与耦合谐振子类似（图2），在强耦合状态下，光子与电子周期性的交换能量并形成整体系统，产生新的能级结构和分离的混合态；与此同时，研究手段也从最初的棱镜色散型光谱仪发展为角分辨光谱系统，大大促进了人类对光与物质相互作用更深层次的理解。
图2，耦合谐振子系统及其色散性质示意图
【样品 & 测试】图3a展示了一种能够发生光-物质强耦合效应的微腔结构，其主要构成是聚乙酸乙烯酯（PVAc）薄层和 Ge 衬底上的两个对称 Au 反射镜。在所构建的微腔内，C=O 键在中红外波段振动跃迁产生共振，形成两个由拉比分裂分开的混合态。图3b为全角度入射条件下混合态的显微角分辨色散图，该图清晰展示了混合态的色散特性。此外，从该色散数据中可以获得拉比分裂能为 20.7meV，这超过了相干性的衰减速率，从而证明了微腔系统中存在强耦合状态。
图3，强耦合的微腔示意图及其混合态显微角分辨色散图
光-物质强耦合产生的混合态色散特性是研究这类问题的关键。为了实现对混合态色散特性的精确测量，新葡萄奔驰AMG自主研发了基于光学傅里叶变换技术的显微角分辨光谱系统 ARMS，该系统具有以下特点： 精细的角度分辨 ，角分辨率可达< 1.9 mrad @VIS，< 20 mrad @NIR； 超宽光谱探测 ，最宽可达 400~1650nm 的光谱探测； 瞬态光谱采集能力 ，毫秒级实现全角度角分辨光谱检测；丰富的测量模式，包含反射透射等9 种光谱测量模式。ARMS 可提供全方位的高效显微角分辨光谱表征，为研究光-物质强耦合效应的本质及设计、优化相关器件提供有力的技术保障。
【总结】光-物质强耦合作为光与物质相互作用产生的一种物理现象，新葡萄奔驰AMG的显微角分辨光谱系统 ARMS 为研究人员提供了一个强大的角分辨光谱表征工具，为揭示光-物质强耦合系统的色散特性提供了强有力的技术保障。未来，新葡萄奔驰AMG的 ARMS 将继续在微纳光子学研究领域发挥关键作用，进一步推动光子学技术进步。
图4，新葡萄奔驰AMG的显微角分辨光谱系统ARMS及其光路原理图
【参考文献】
✽ Ghost S; Xiong Q;,et al.Microcavity exciton polaritons at room temperature. Photonics Insights (2022).
✽ Hertzog M;Borjesson K;,et al. Strong light–matter interactions: a new direction within chemistry. Chem. Soc. Rev (2019).
✽ Dovzhenko D. S;Nabiev I. R;,et al. Light–matter interaction in the strong coupling regime: configurations, conditions, and applications. Nanoscale (2018).
✽ Luo S;Chen Z;,et al.Nanophotonics of microcavity exciton–polaritons. Appl. Phys. Rev. (2023).
✽ Shalabney A;Ebbesen T. W.;,et al. Enhanced Raman Scattering from Vibro-Polariton Hybrid States. Angew. Chem (2015).
上一篇： ARMS 在光学微腔近红外发射中的应用
光-物质强耦合
角分辨
分析仪器
ARMS
