《二階和三階非線性表面等離激元光學效應研究》是依託北京大學，由張家森擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：二階和三階非線性表面等離激元光學效應研究
- 依託單位：北京大學
- 項目負責人：張家森
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
非線性表面等離激元(SPP)光學是目前納米光子學領域的一個研究熱點，它利用金屬納米結構中的SPP共振的場增強效應和超材料對色散的調控獲得增強的非線性光學效應，展現出一些新現象和新原理，可望實現傳統材料中無法獲得的納米尺度下的全光開關和調製等。本項目研究利用局域SPP共振增強和相位調控提高非線性過程效率；研究傳播的SPP的非線性過程中相位匹配方法和提高非線性過程中光與SPP的轉換效率，獲得傳播的SPP的二次諧波、三次諧波、自相位調製和自聚焦等；研究基於非線性SPP光學過程的套用，包括超快全光開關和在雷射光譜學中的套用。通過設計SPP多共振模式結構及利用共振相位的控制提高非線性過程效率、研究傳播的SPP非線性效應並拓展其套用是本項目的特色和創新點。
結題摘要
非線性表面等離激元光學是目前納米光子學領域的一個研究熱點，它利用金屬納米結構中的表面等離激元共振的場增強效應和超材料對色散的調控獲得增強的非線性光學效應，展現出一些新現象和新原理，可望實現傳統材料中無法獲得的納米尺度下的頻率變換、光開關和調製等。本項目研究利用局域表面等離激元共振增強和相位調控提高非線性過程效率；研究傳播的表面等離激元的非線性過程中相位匹配方法和提高非線性過程中光與表面等離激元的轉換效率，獲得從基頻表面等離激元到倍頻表面等離激元的二次諧波過程；研究利用表面等離激元雷射腔和金屬納米顆粒獲得大的場增強，在短距離內實現自聚焦或自相位調製等表面等離激元三階非線性效應；研究利用金屬納米共振結構調控表面等離激元的相位和強度，用於表面等離激元非線性效應和其它器件。 我們設計了Kretschmann結構實現了從基頻表面等離激元到倍頻表面等離激元的二次諧波過程，發現二次諧波中光和表面等離激元的成分共同存在；我們設計了多層結構的表面等離激元波導，通過結構調控表面等離激元波導模式的色散，獲得了表面等離激元二次諧波的相位匹配方法。在表面等離激元三階非線性效應研究方面，我們利用表面等離激元雷射腔中大的場增強，在表面等離激元雷射腔中觀察到了非線性自聚焦效應，利用兩種穩定腔和非穩腔的對比進一步證明了自聚焦效應。利用金屬納米顆粒的場增強效應，獲得了利用自相位調製產生超連續白光的增強。我們研究了利用光學天線調控表面等離激元相位和強度的方法，實現了納米感測器、表面等離激元霍爾效應器件、表面等離激元偏振分光器、行波天線等，實現了電驅動表面等離激元互聯器和三維表面等離激元與電子學集成。波導中表面等離激元二次諧波的產生在表面等離激元集成器件中有著重要的套用，表面等離激元雷射腔中的自聚焦效應的實現使得微腔雷射器中自鎖模成為可能。本項目的成果對實現表面等離激元集成系統具有重要的意義。
