基於手性相互作用的光學超穎表面

《基於手性相互作用的光學超穎表面》是依託清華大學，由白本鋒擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於手性相互作用的光學超穎表面
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：白本鋒
• 項目類別：面上項目

項目摘要

超穎表面是一類通過特殊結構設計而具有超常物理特性的人造電磁表面，是當前納米光學領域的一個前沿研究熱點。本項目在課題組前期研究成果的基礎上，對一類基於手性相互作用的光學超穎表面的近遠場調控特性及其功能套用開展深入系統的研究。主要研究內容和擬解決的關鍵科學問題包括：研究超穎表面對光場相位和振幅的單獨和同時調控方法，使之具備對光場復振幅的全面調控能力；研究超穎表面的復用機制，實現波長、偏振、空間等復用，及不同軌道角動量的渦旋光束和其它矢量光束的復用；通過研究超穎表面發光器件、分形或多尺度手性超穎表面、超穎表面像素的實時調控方法等，深入理解超穎表面與矢量光場的相互作用機理，發展智慧型化、可主動調控的功能器件；從共振增強偏振轉換效率、阻抗匹配設計、使用有源增益介質補償損耗等方案入手，探索提高超穎表面能量利用率的有效方法；研究超穎表面的近場調控特性並發展新套用，如用於檢測具有特定拓撲電荷數的渦旋光束等。

結題摘要

超穎表面是一類通過特殊結構設計而具有超常物理特性的人造電磁表面，是當前納米光學領域的一個前沿研究熱點。本課題研究基於手性相互作用的光學超穎表面的近遠場調控特性及其功能套用，經過四年的努力探索，不僅圓滿完成了原定的研究計畫，達到了預期的研究目標，還通過對幾個關鍵科學問題深化研究、擴展套用，超額完成了研究任務。主要研究成果歸納為以下七個方面：研究了超穎表面對光場復振幅（振幅和相位）的調控，包括對自由空間光波和SPP表面波的復振幅調控；研究實現了基於手性相互作用的超穎表面實現多參量寬頻全息復用；提出了若干具有優異性能的超穎表面及其功能套用，包括具有高電磁禁止效率的中紅外光學超穎表面，超快高方向性自發輻射超穎表面，以及基於多尺度結構的超寬頻、減反射、自清潔超穎表面；探索提出了幾種提高超穎表面能量利用率的原理和方法，包括多尺度級聯場增強超穎表面的構築，以及全介質超穎表面；探索了可主動調控的超穎表面，包括基於活性材料的可調控超穎表面，以及用於太赫茲波段的石墨烯超穎表面；研究了用於生成渦旋光束的超穎表面，並建立了對其光子自旋-軌道相互作用進行近場表征的方法；研究提出了高性能超穎表面的製備及表征方法，包括基於雷射直寫技術形成寬頻高性能超穎表面，以及用於快速測量金屬納米天線尺寸的光學表征方法。本項目取得了豐碩的科研成果，發表SCI論文16篇（包括影響因子10以上的高水平論文4篇），EI會議論文3篇，獲授權發明專利3項；培養博士後1人，博士生5人，碩士生3人，多人獲得重要學術榮譽。