《基於增益介質的表面等離激元性質的研究》是依託東南大學，由李家奇擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於增益介質的表面等離激元性質的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李家奇
- 依託單位：東南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
增益介質不但可以彌補表面等離激元的傳播損耗，而且可以使其受激輻射產生SPASER，它既可以作為表面等離激元的源用於器件集成，又可以產生世界上最小的雷射器。該領域的研究對未來光晶片的誕生具有十分重要的意義。. 本項目以金屬納米顆粒、表面等離激元波導和表面等離激元晶體為研究對象，探討在增益介質參與下，它們中的表面等離激元的性質。具體分為：一、基於表面等離激元dark mode與非dark mode的SPASER的研究；二、增益介質中表面等離激元傳播特性的研究；三、表面等離激元晶體與增益介質之間相互作用的研究。揭示表面等離激元與增益介質之間的作用機制，特別是處於帶隙邊緣處的表面等離激元與增益介質之間的相互作用。為實現高Q值的SPASER和表面等離激元的調控提供理論依據。
結題摘要
表面等離激元(SPP, Surface Plasmon Polaritons)能把光波的能量束縛在亞波長尺度範圍內，是實現集成化光子器件的重要途徑，但由於能量的高度局域化，表面等離激元的傳播損耗很大，因此，補償表面等離激元的損耗是一個很重要的研究課題。為此，本項目開展了基於增益介質的表面等離激元性質的研究，在項目執行期間，我們開展了相應的研究並取得了一些的結果，共發表了7篇SCI論文。具體的成果有：一、渦旋共振模式(Toroidal Resonant Mode)的研究，該模式不同於常規的電多極子或者磁多極子，屬於第三類多極子，需用渦旋極矩來描述。我們研究了兩種不同微納結構的渦旋共振模式，由於此模式不能和自由空間的光波耦合，因此是理想的SPP暗模式(Dark Mode)，適合作為SPASER(Surface Plasmon Amplification by Stimulated Emission of Radiation)中的共振腔，與他人的工作相比，我們的結構更簡單，樣品也更容易製備；二、表面等離激元暗模式與非暗模式耦合作用的研究，該相互作用會導致類電磁誘導透明(EIT, Electromagnetically Induced Transparency)的現象並產生高品質因子的透射峰，有利於實現表面等離激元的激射(Lasing)。我們在不引入複雜結構和破環結構對稱性的前提下，在一種簡單的U形結構中，通過改變樣品的傾斜角度實現了兩種模式的耦合。相對於現有的文獻報導，該結構在製備和性能調控上更具有優勢；三、低閾值表面等離激元激射(Low Threshold SPP Lasing)的研究，表面等離激元的激射對材料的增益係數有著較高的要求，一般只有在低溫條件下才能實現。高品質因子的SPP模式和SPP帶邊模式(Band-edge Mode)，可以增強SPP和增益介質之間的相互作用，有效地降低SPP的激射閾值。我們研究了Fano共振模式和雙周期結構的帶邊模式，發現利二者都可以實現低閾值的表面等離激元激射，這為實現常溫下SPP的激射提供了可能；四、實驗測量系統的升級完善。在項目的部分資助下，根據實驗需求，我們自行設計和搭建了一套微區色散關係的測量系統，它可以測量微區樣品的透射譜、反射譜、螢光譜及相應色散關係，擴展了我們的實驗表征手段。
