基於石墨烯表面等離激元的亞輻射模式的研究

《基於石墨烯表面等離激元的亞輻射模式的研究》是依託湖南大學，由翟翔擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於石墨烯表面等離激元的亞輻射模式的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：翟翔
• 依託單位：湖南大學

中文摘要

亞輻射模式為等離激元誘導透明系統提供亞穩態，其本身的超窄線寬在製備亞波長高品質諧振腔和無損耗納米光波導方面具有很高的套用價值。然而基於金屬共振結構的亞輻射模式的非輻射損耗受限於特魯德極限，且無法實現共振頻率的主動控制阻礙了他們的套用。本項目擬利用石墨烯表面等離激元損耗低、共振頻率動態可調的特點，通過理論分析、數值計算與實驗相結合的方法，研究石墨烯等離激元亞輻射模式的激發條件和形成機理；明確石墨烯載流子濃度和襯底結構對亞輻射模式透射譜的調控作用。研究基於多重亞輻射模式間接激發的Fano共振，闡釋亞輻射模式對輻射和非輻射損耗抑制作用，揭示多重亞輻射模式的輻射方向和極化方向的敏感性，開展相關的器件研究。研究基於結構的對稱破缺和對稱匹配的亞輻射模式的直接激發問題，揭示兩種方法在物理機制上的異同，探索不依賴模式間共振耦合效應激發石墨烯等離激元亞輻射模式的新方案。

結題摘要

本項目按照原計畫開展了研究，取得了預期的研究成果，已圓滿完成預期指標。迄今為止，本項目已在國際學術期刊Optics Express, Journal of Physics D, IEEE Photonics Technology Letters等發表研究論文18篇，參加學術會議3次，在表面等離激元光子學研究領域共指導了4名碩士研究生，合作指導博士研究生2名、碩士研究生1名。 研究計畫為考慮到亞輻射模式為等離激元誘導透明系統提供亞穩態，其本身的超窄線寬在製備亞波長高品質諧振腔和無損耗納米光波導方面具有很高的套用價值。基於金屬共振結構的亞輻射模式的非輻射損耗受限於特魯德極限，且無法實現共振頻率的主動控制阻礙了他們的套用。我們擬利用石墨烯表面等離激元損耗低、共振頻率動態可調的特點，研究石墨烯等離激元亞輻射模式的激發條件和形成機理；明確石墨烯載流子濃度和襯底結構對亞輻射模式透射譜的調控作用。研究基於多重亞輻射模式間接激發的Fano共振，闡釋亞輻射模式對輻射和非輻射損耗抑制作用，揭示多重亞輻射模式的輻射方向和極化方向的敏感性，開展相關的器件研究。研究基於結構的對稱破缺和對稱匹配的亞輻射模式的直接激發問題，揭示兩種方法在物理機制上的異同，探索不依賴模式間共振耦合效應激發石墨烯等離激元亞輻射模式的新方案。 研究計畫執行情況： 完成了基於石墨烯條帶的等離激元輻射和亞輻射模式的激發條件和形成機理，明確了石墨烯載流子濃度和襯底結構對亞輻射模式共振峰調控作用。基於多重亞輻射模式間相消干涉的雙等離激元誘導透明視窗的調製。 研究了基於多重亞輻射模式間接激發的Fano共振，闡釋了亞輻射模式對輻射和非輻射損耗抑制作用，基於石墨烯亞輻射模式間相消干涉等離激元誘導透明物理機制研究，並開展相關的器件研究。 研究了基於亞輻射模式直接激發的石墨烯超表面設計，基於結構對稱破缺和對稱匹配的亞輻射模式的直接激發問題，揭示兩種方法在物理機制上的異同，探索了不依賴模式間共振耦合效應激發石墨烯等離激元亞輻射模式的新方案。 基於體狄拉克半金屬（BDSs）的表面等離激元特性及相關器件。最近，“三維石墨烯”狄拉克半金屬，其理化穩定性好，並具有光學色散特性主動可控的特點。項目在完成既定目標同時，開展BDSs表面等離激元的色散特性及相關器件物理研究，完成了三項有特色的工作，為後續石墨烯等離激元亞輻射模式概念拓展，提供新的平台。