利用電磁感應透明相干控制表面電漿共振

《利用電磁感應透明相干控制表面電漿共振》是依託清華大學，由杜春光擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：利用電磁感應透明相干控制表面電漿共振
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：杜春光
• 項目類別：面上項目

項目摘要

本項目研究發生在界面的電磁感應透明（EIT）效應及其在相干控制表面電漿共振（SPR）上的套用。EIT效應使得共振激發產生的表面電漿激元（SPP）與通常情況有顯著不同，例如 EIT介質極陡的色散梯度造成這種SPP的特徵參量對EIT原子的能級移動極其敏感，這使共振激發現象變得極不尋常。這種新型SPR系統可以套用於物質和光場的量子性質的靈敏檢測手段，從而在新型化學生物感測器、磁強計、及量子信息處理等方面獲得套用。我們還首次研究激發SPP的一種新方式：即用EIT介質作金屬膜襯底，用相干光直接入射到金屬膜上表面而在下表面激發出SPP（不需要稜鏡）。這種新的激發方式導致一系列新現象，並為SPP納米光學器件的緊湊化提供了一條新思路。本項目的研究為新型納米光子學器件、新型感測器、及量子信息處理器件的研究提供理論基礎。

結題摘要

表面電漿激元（SPP）是在金屬表面附近沿表面切線方向傳播的一種電磁模式。由光共振激發SPP的現象叫做表面電漿共振（SPR）。 眾所周知，不能用光在光滑平整的金屬表面直接激發表面電漿激元（SPP），這是由於光波與SPP波的波矢不匹配。通常的解決方案是引入一個稜鏡或其它耦合器。本項目提出了另一個完全不同的方案，即依靠一層厚度為微米量級的介電常數小於1的薄膜來修飾SPP，使得在沒有任何耦合器的情況下由光激發SPP，所用的結構非常簡單，僅由一層厚度為幾十納米的金屬薄膜和一層厚度為微米量級的襯底即可實現從光到SPP的轉換。當一束光從真空或空氣入射到金屬薄膜的上表面時，在金屬薄膜的下表面便能夠產生SPP. 襯底介質的選取是一個關鍵問題。本項目經過理論研究方向，一些特殊的介質能夠充當這種襯底。本項目得到的關鍵數據包括：1.可以選擇一些特殊的固體材料，如無定形氧化鋁作為襯底，在上面沉積幾十納米厚度的金屬鈦薄膜，便可以在遠紅外波段（波長10.6微米附近）實現無耦合器激發SPP； 2. 可以選擇電磁誘導透明（EIT）介質充當襯底介質，實現無耦合器激發SPP。對 EIT 情況，透明頻率視窗處陡峭的色散關係能夠產生一系列有趣的現象，例如極強的都卜勒效應，於是運動介質能夠導致單嚮導通的SPP（只支持一個方向的SPP模式）和極其不對稱的SPR譜線。 本項目提出的原理如果得到實驗驗證，將改變人們關於SPP和SPR的一些認識，並為新型光子學器件、新型感測器及量子信息處理器的研究奠定理論基礎。