《基於石墨烯-金屬微納結構的光波前調製研究》是依託北京理工大學，由胡濱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-金屬微納結構的光波前調製研究
- 依託單位：北京理工大學
- 項目負責人：胡濱
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
由於衍射極限的存在，傳統的空間光調製器件很難實現亞波長的像素尺寸。基於金屬表面電漿激元的空間光調製器件由於表面電漿的局域場效應，有望突破像素尺寸的界限，實現空間光調製器件革命性的突破。然而，金屬的光學穩定性決定了SPPs波前調製器件很難實現外部可調。石墨烯材料由於具有外加電壓可調、製作簡單、尺寸小等特點，成為微納光學領域的研究熱點。結合石墨烯材料和金屬微納結構，有望實現外部可調的SPPs波前調製器件，為此類新興的光調製器件帶來巨大的套用價值。本課題將深入探究石墨烯-金屬微納結構對光波前的調製機制，建立光波在石墨烯-金屬微納結構中傳輸的理論分析模型，發展快速的石墨烯-金屬微納結構數值模擬方法，完善三維全矢量的近場遠場推算工具，實現基於石墨烯-金屬微納結構的波前外部調製器件的設計，力爭取得若干國際領先水平的創新成果。
結題摘要
傳統的空間光調製器件要實現對波前位相的調製需要光程的積累，意味著器件需要有足夠的厚度，從而限制了器件的小型化和集成度。基於金屬微納結構的超表面器件基於二維平面內金屬天線的散射，從而突破了光程積累的限制，有望大大提高波前調製器的集成度，近年來得到快速發展。然而此類調製器一旦加工完成，難以實現外部的主動調製。作為二維材料代表的石墨烯由於其特殊的分子結構，具有光學性質在外加電壓下可調的優點，有望實現超輕薄、速度快、結構簡單的光調製器。本項目以實現基於金屬超表面和石墨烯材料的波前調製器為出發點進行研究，研究內容和取得的結果有： 1.結合理論和實驗，研究了大片石墨烯以及石墨烯納米帶與不同的金屬微納結構相結合後對入射光調製的增強作用。發現金屬結構的局域場增強效應可以增強入射光同石墨烯的相互作用，從而提高其對入射光場的調製作用。這一研究可以用於生物感測和拉曼檢測領域。 2.提出了基於位相調製的可調超表面紅外聚焦透鏡。該聚焦透鏡在傳統金屬超表面結構表面覆蓋一層石墨烯，器件整體厚度在納米量級。當外加電壓變化時，透鏡的焦距可以改變3-5個波長。理論上透鏡的調製速率可以達到MHz量級。 3.改進傳統的邊界元算法使之適用於石墨烯結構的計算。相對於其他仿真算法，可以在保證計算精度的同時，提高計算速度。 4.提出了一種基於格林函式的遠場光場全矢量計算方法。在測得近場光場的條件下，可以計算遠場的矢量光場，且有較高的精度。以上研究內容共發表SCI論文5篇，EI檢索論文1篇，核心期刊1篇。獲批發明專利1項。對實現超輕薄的紅外和太赫茲波前調製器件以及石墨烯材料在光子學領域中的套用提供了新的方案。
