《介質膜支撐金屬周期納米結構的增強透射與完美光吸收》是依託武漢大學，由管志強擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：介質膜支撐金屬周期納米結構的增強透射與完美光吸收
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：管志強
- 依託單位：武漢大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
金屬周期納米結構的增強透射的物理機制、特性與套用研究是納米光學的重要方向之一。介質膜支持的金屬光柵或孔洞陣列結構作為增強透射結構的一種，尚未被系統的研究。我們的預研顯示，在介質膜支撐的金屬周期納米結構中同時具有完美光吸收和增強透射兩種模式。本項目重點圍繞完美光吸收模式展開理論和實驗研究。通過發展基於單模近似的耦合波分析方法，研究完美吸收模式的共振機制，回答完美光吸收同增強透射模式的區別與聯繫；研究其物理特性（共振波長、品質因子、局域電磁場增強等）隨結構的演化規律；最後進行濾波/表面增強拉曼散射襯底方面的套用研究。基於完美光吸收模式的高品質因子和高局域場增強，其器件性能（濾波頻寬、平均增強因子）預期將比基於增強透射的器件高一個量級。
結題摘要
基於金屬周期納米結構的光學超材料的特性、機制與套用是納米光學的重要方向之一。介質膜支撐的金屬納米結構作為光學超材料的一種，其奇特的增強光吸收機制和套用研究尚未充分進行。本項目圍繞介質膜支撐金屬周期納米結構的完美光吸收機制與套用中的關鍵科學問題，從原理、增強拉曼光譜、紅外探測、可見光探測四個方面進行了研究。工作一為完美光吸收機理研究，我們發展了耦合模解析分析方法，揭示了完美光吸收的共振模式與機制，給出了完美吸收波長與結構的依賴公式，研究了其超窄帶強吸收特性和局域電磁場增強特性，為實驗工作提供了理論依據。工作二為基於雙層光柵結構的空腔共振模式的適用於液相環境的拉曼增強襯底研究，我們設計和製備了雙層金光柵結構，並利用雙拉曼探針分子表征和驗證了其空腔共振模式的近場電磁場增強熱點位置與“非表面”的增強拉曼散射性能，展示了空腔共振模式在液相條件下對分子的有效拉曼信號增強，可望與微流技術結合用於生物醫學中對特定生物分子進行識別。工作三為窄帶中長波紅外探測器。我們在矽/二氧化矽/矽的SOI基片上製備金光柵結構，從吸收譜測量上觀測到金光柵結構對矽納米層的窄帶增強吸收效應，驗證了工作一的理論構想。本工作的意義在於在增強光吸收結構設計上擺脫了過去金屬/介質/金屬（MIM）超材料結構對底層金屬的要求，且光吸收主要分布在介質層，可望用於中長波紅外的選頻紅外探測，具有重要的套用前景。我們也發展了基於納米壓印-微電鍍-體矽腐蝕的製備納米光學器件的成熟加工工藝。工作四為基於金光柵調製的矽薄膜光致熱電探測器。我們提出將矽納米薄膜熱點探測結構與金納米光柵相組合，利用納米薄膜矽的聲子散射受限來提高矽的塞貝克係數，利用金/矽接觸來調製矽的塞貝克係數極性，並結合金納米光柵對矽薄膜層的增強光吸收，實現了具有較高探測效率，波長敏感的矽薄膜光致熱電探測器，回響速度比熱電探測提高一個量級。
