基於納米結構的亞波長分光和濾波材料研究

《基於納米結構的亞波長分光和濾波材料研究》是依託南京大學，由彭茹雯擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於納米結構的亞波長分光和濾波材料研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：彭茹雯
• 依託單位：南京大學

項目摘要

近年來光信息技術發展迅速，光子器件小型化很受關注,但是目前其小型化正受到衍射極限的嚴重製約，新近發展起來的亞波長光子學和等離激元學為解決這一問題提供了新思路。本項目擬從實驗和理論兩方面研究基於金屬納米線及其網路結構、介電/金屬多層結構等微納系統中表面等離激元的激發和傳播規律，揭示該系統中光與等離激元相互轉換的微觀機制，實現光在亞波長結構中彩虹式傳輸，即選擇性地傳播多種模式並且將不同頻率的光在空間分開，進而設計和製備出基於這些納米結構的亞波長分光和濾波材料。在此基礎上，通過改變納米結構的周期性或準周期性來調控系統中傳播型等離激元，通過改變單個納米結構單元的構型來調控局域型等離激元，進而控制系統中傳播光場和局域光場的振幅與位相在空間中的分布，設計和製備出高性能的亞波長分光和濾波材料，並探討其在晶片光譜儀、亞波長波分復用器件等方面的套用，開發和研製具有自主智慧財產權的新型光電材料和器件。

結題摘要

在項目資助下，我們理論設計和實驗實現了若干新型金屬/介電微納複合結構，展示了其中表面等離激元的激發和傳播規律，並揭示相關體系中光與納米複合結構相互作用的微觀過程；理論設計和實驗實現了光在亞波長複合納米結構中選擇性地傳播多種模式並且將不同特徵的光在空間分開，進而設計和製備出基於這些納米結構的亞波長分光和濾波材料；通過改變金屬/介電複合納米結構的構型，實現了對相關係統中傳播光場和局域光場的振幅、位相和偏振等控制，在此基礎處上設計和製備出高性能的亞波長分光和濾波材料，並開發和研製出若干具有自主智慧財產權的新型濾波和分光材料和原型器件。 項目圍繞基於納米結構的新型亞波長分光和濾波材料研究，在新原理材料的理論探索、實驗驗證、性質表征和套用等方面取得了一些很有意義的研究結果，包括：第一，發展了新型納米製備技術，在任意形狀襯底上構建出三維金屬納米線結構；同時也構建了新型全介質型納米分光結構，展示了低損耗型分光和濾波亞波長結構材料的獨特性質。第二，揭示了幾種金屬微結構納米線體系中等離激元傳播和分光特性；將無序結構進行工程化設計，實現了光頻等離激元的安德森局域化；同時給出了等離激元與相變材料的相互作用規律，實現對光偏振態和等離激元色彩的動態調控。第三，利用金屬/介電微納結構調控光的偏振態並實現對偏振光的空間分離，並且利用立體共振納米結構陣列實現光學編碼和亞波長顯示以及偏振分束。第四，設計和製備出若干高性能的亞波長分光和濾波材料，研製出若干具有自主智慧財產權的新型濾波和分光材料和原型器件。 相關研究成果在Advanced Materials（AM）、Nano Letters（NL）、Applied Physics Letters（APL）、Physical Review B|、Optics Express（OE）、Optics Letters（OL） 等學術期刊上發表SCI論文37篇 (其中AM 2篇，NL 1篇，APL 6篇，PR系列 4篇，OE 和 OL共12篇), 取得授權的國家發明專利 4項，申請國家發明專利 3項。在國內外重要學術會議做邀請報告21項，其中在美國材料學會秋季會議（MRS Fall Meeting）等國際重要學術會議上做邀請報告15項。項目執行順利, 很好地完成了原先的研究計畫, 並且根據國際發展的新熱點, 適時地豐富了相關研究內容。