基於納米結構Fano共振的可調諧多波長濾波技術研究

《基於納米結構Fano共振的可調諧多波長濾波技術研究》是依託天津理工大學，由劉菲擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於納米結構Fano共振的可調諧多波長濾波技術研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：劉菲
• 依託單位：天津理工大學

項目摘要

金屬納米結構的局部表面等離激元共振（LSPR）效應在光器件的設計製備方面已表現出優勢。其中基於金屬納米結構LSPR效應的Fano共振，尤其是多重Fano共振譜的實現，已成為近幾年該領域的一個研究熱點。本申請旨在將多重Fano共振與雙折射液晶分子相結合，利用液晶的電光效應，調控金屬納米棒聚合體的Fano共振，從而實現可調諧多波長濾波。研究包括基於金屬納米棒聚合體LSPR效應的多重Fano共振理論基礎與光學特性研究；外加電壓導致液晶介觀相及折射率變化規律的研究；液晶相變對納米棒聚合體Fano共振譜的調諧機理與性能研究。充分利用Fano共振損耗小的優勢，減小濾波器的通帶滾降，提高頻譜效率。首先通過合理分析設計金屬納米棒聚合體的結構，得到偏振相關的多重Fano共振，實現多波長濾波；其次，通過合理設計電極排布，計算電壓取值，利用電場調控液晶相變，實現濾波波長位置及個數的可調諧，從而提高濾波的靈活性。

結題摘要

該項目計畫對基於納米結構Fano共振的可調諧多波長濾波技術進行研究。金屬納米結構的局域表面等離激元共振（Localized surface plasmon resonance, LSPR）效應在光器件的設計製備方面已表現出優勢。其中基於金屬納米結構LSPR效應的Fano共振，尤其是多重Fano共振譜的實現，已成為近幾年該領域的一個研究熱點。本申請旨在將多重Fano共振與雙折射液晶分子相結合，利用液晶的電光效應，調控金屬納米棒聚合體的Fano共振，從而實現可調諧多波長濾波。在獲得國家自然基金青年科學基金資助後，項目進展順利。主要研究內容包括基於金屬納米結構LSPR效應的多重Fano共振理論基礎與光學特性研究；外加電壓導致液晶介觀相及折射率變化規律的研究；液晶相變對Fano共振譜的調諧機理與性能研究。基於納米棒LSPR模式的近場耦合，設計了C型、類金屬-介質-金屬（Metal-insulator-metal, MIM）等多種金屬納米棒聚合體結構，得到偏振相關的多重Fano共振及等離激元誘導透明（Plasmon-induced transparency, PIT）視窗，對其共振光譜特性進行了理論分析。分析了電壓驅動下向列相型液晶的分子排列及折射率變化規律。利用液晶相變調諧C型納米棒聚合體結構實現了光開關功能。因為所設計的MIM納米棒聚合體結構，尺寸小、聚合體內納米棒間距小、且需要套刻，製備難度大，所以在實驗中，對設計方案進行了改進，利用介質腔結構的法布里珀羅（Fabry-perot，FP）共振與納米棒陣列LSP共振的模式耦合，得到了多重Fano共振。在0~8V電壓驅動下，利用液晶相變實現了可見光與近紅外波段內多波長可調諧濾波，調諧範圍可達160 nm。研究結果表明，充分利用Fano共振損耗小的優勢，能夠減小濾波器的通帶滾降，提高頻譜效率；並且利用電場調控液晶相變，能夠實現濾波波長位置及個數的可調諧，大大提高了濾波的靈活性。