《亞波長金屬孔結構中表面等離激元定向激發研究》是賀夢冬為項目負責人，中南林業科技大學為依託單位的面上項目。
基本介紹
- 中文名：亞波長金屬孔結構中表面等離激元定向激發研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：賀夢冬
- 依託單位：中南林業科技大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
金屬微納孔人工結構中表面等離激元（下簡稱SPPs）行為調控研究對推動SPPs光子學發展及SPPs套用具有重要意義。本項目擬採用時域有限差分、模態展開等方法，對亞波長金屬孔結構SPPs定向激發展開深入研究。主要工作包括：（1）研究金屬孔電磁場分布特點以及電磁能量耦合與轉換過程，揭示SPPs激發過程中電磁能量轉換機制。（2）研究孔結構參數和填充介質對SPPs激發相位的影響，以及孔幾何對稱性、光入射方式對近場分布的影響，探索利用SPPs模間的相互作用、SPPs激發的非對稱性實現對SPPs激發方向的控制。（3）研究SPPs模在金屬孔與光柵等金屬表面結構之間的轉換與傳輸行為，試圖在由金屬孔與金屬表面結構組成的複合金屬結構中實現SPPs定向激發。本研究項目將提出二維平面內SPPs激發方向的調控原理與方法，有助於豐富和完善SPPs激發理論體系，為今後研發基於SPPs定向激發的光子器件提供科學依據。
結題摘要
金屬微納孔人工結構表面等離激元（下簡稱SPPs）行為調控研究是納米光子學、SPPs光子學領域前沿研究課題。本項目利用標量衍射理論等電磁理論知識以及時域有限差分、模態展開等方法，針對亞波長金屬孔縫結構SPPs定向激發展開了深入而系統的研究，主要工作包括：（1）研究金屬孔縫結構表面SPPs激發過程電磁能量轉換機制與SPPs激發效率的調控。（2）研究金屬孔縫結構SPPs模間的電磁相互作用以及SPPs非對稱激發行為規律。（3）研究SPPs模在金屬孔與介質光柵等表面結構之間的轉換規律，利用複合金屬微結構實現SPPs定向操控。主要成果包括：（1）通過分析光與SPPs模轉換過程中的近遠場、表面電荷及能流分布特徵，揭示了SPPs波矢匹配程度與SPPs激發效率之間的關聯程度。探討了對稱破缺金屬環形孔SPPs回響特徵，發現對稱破缺能激發高階SPPs回響模。提出了三種調控金屬孔縫結構SPPs激發效率的方法途徑（即，孔縫填充介質，改變孔縫通道形狀，以及藉助金屬微腔結構）。（2）獲得了如何操控金屬孔SPPs模傳輸方向的原理與方法。一是利用SPPs模干涉現象在金屬雙孔結構和金屬狹縫-擋板結構中實現SPPs定向傳輸。構建雙孔陣列結構可使SPPs定向激發效果更顯著。對於金屬狹縫-擋板結構，在入口構建微腔、出口表面覆蓋介質可進一步提高SPPs傳輸功效。二是基於SPPs非對稱激發規律，在部分填充介質的金屬狹縫結構中實現SPPs定向激發。由於狹縫兩側SPPs激發效率存在很大差異且隨填充介質寬度周期變化，SPPs激發方向能得以切換。三是構建金屬狹縫-Bragg反射器-石墨烯複合結構，利用石墨烯費米能級柵壓可控性，以及費米能級對Bragg反射器帶隙中心頻率與寬度的影響，可在太赫茲波段內主動操控SPPs傳輸方向。（3）獲得了影響雙層石墨烯條帶與孔陣列結構以及墨烯環形孔陣列結構電磁耦合方式與強度的因素，剖析了石墨烯SPPs雜化現象，揭示了石墨烯SPPs回響機理。上述研究成果，有助於豐富和完善SPPs激發理論體系，為今後研發基於SPPs定向激發的光子器件提供了理論基礎和科學依據，對推動SPPs在納米集成光子學等領域的套用將起到重要的作用。
