基於表面等離激元耦合諧振腔系統的特性及套用研究

《基於表面等離激元耦合諧振腔系統的特性及套用研究》是依託北京大學，由陳建軍擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於表面等離激元耦合諧振腔系統的特性及套用研究
• 依託單位：北京大學
• 項目負責人：陳建軍
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

表面等離激元是局域在金屬表面的電磁波，具有很強的場束縛，能突破衍射極限，因此在納米光學領域顯示出巨大的套用前景。其中，基於表面等離激元的金屬微納諧振腔由於具有超小的腔體積和良好的光學性能，在高集成度光學迴路中引起了廣泛的研究興趣。本項目重點研究表面等離激元耦合諧振腔系統的光學特性及套用，通過耦合諧振腔結構的設計，抑制諧振腔的輻射損耗並降低金屬的歐姆損耗，得到極陡極窄的回響譜，從而實現高性能、超緊湊的表面等離激元功能器件。主要研究內容包括：採用有限元軟體和散射矩陣理論相結合的方法研究表面等離激元耦合諧振腔系統中的複雜耦合機制及物理現象，如非對稱譜的產生、電磁感應透明、電磁感應吸收等；基於這些原理和現象，在金屬-介質多層膜結構上可控地設計耦合諧振腔系統；通過多種加工技術和方法製備出耦合諧振腔結構；最後進行光學表征，在實驗上實現對比度很高的波長過濾、分束、解調、調製等功能的表面等離激元器件。

結題摘要

基於表面等離激元的金屬微納諧振腔由於具有超小的腔體積和良好的光學性能，在高集成度光學迴路中引起了廣泛的研究興趣。本項目重點研究表面等離激元耦合諧振腔系統的光學特性及套用。主要研究內容包括：採用有限元軟體和散射矩陣理論相結合的方法研究表面等離激元耦合諧振腔系統中的複雜耦合機制及物理現象；基於這些原理和現象，在金屬-介質多層膜結構上可控地設計耦合諧振腔系統；通過多種加工技術和方法製備出耦合諧振腔結構；最後在實驗上實現高性能的表面等離激元功能器件。 在青年科學基金項目的資助下,該項目嚴格按照申請書進行，在理論和實驗方面取得了一定的成果，已發表SCI論文18篇，包括一篇Laser & Photonics Reviews (內封面文章), 一篇nanoscale(封底文章)、一篇Analyst(封底文章)、 三篇Scientific reports、四篇Optics letters、兩篇Applied physics letters、三篇Plasmonics、一篇Optics express、一篇Chinese physics letters、一篇Chinese Science Bulletin。發表論文已被引用190次。申請5項國家發明專利，已授權2項國家發明專利。理論上，該項目系統地研究了表面等離激元單諧振腔、雙諧振腔和多諧振腔中的新穎物理現象，弄清了其中的物理機制。並在金屬-介質-金屬波導結構中設計了該耦合諧振腔系統，獲得了單Fano共振、雙Fano 共振和多EIT現象。其中發表在Optics letters上的多EIT文章在多功能納米光子器件中具有重要套用，已被引用44次。本項目發展了磁控濺射、旋塗、和化學合成等制膜方法，並結合FIB和EBL製備了耦合諧振腔結構，在雙耦合諧振腔中利用Fano共振實現了亞微米尺寸雙向全光開關，在超小光通信和光計算迴路中具有廣泛套用前景，該論文發表在Scientific reports上，已被引用31次。另外，本項目還設計並實現了一種亞波長尺寸的金屬脊形波導，實驗上研究了該波導的傳輸特性和激發特性，其中發表在Laser & Photonics Reviews的文章被選為同期內封面文章，在北京大學物理學院主頁進行報導。該亞波長脊形波導有望在波導-腔結構中研究多腔耦合和多模式耦合等物理問題。