《基於表面電漿共振結構的光學微操控研究》是依託哈爾濱工業大學，由肖君軍擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於表面電漿共振結構的光學微操控研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：肖君軍
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
光學微操控是一種非常有效的非接觸，無損傷式微納顆粒操控方式，可以實現對微納目標的抓取，移動，翻轉以及拉扯等多種操作。它的精度高，準確性強，在微納顆粒篩選，生物分子研究，納米組裝，光致機械力學，微弱信號探測，以及醫學診斷等方面有著大量潛在的套用。傳統光學微操控強烈依賴於高強度雷射和有複雜相位構造的光束, 而表面電漿電磁共振結構由於具有增強的局域場，獨特的近場分布，以及與傳統光源特殊的耦合，可以被用來增強光力，靈活調控光力場，並實現高精度近場光學微操控。我們將套用理論分析，計算機模擬，以及實驗手段三種方法，研究表面離子體共振結構光力場的調控機理和對微納顆粒的操控作用。反過來，我們將進一步研究如何用各種光力場（包括利用表面電漿結構）來操控相應的共振結構，以及基於此的表面電漿光物質製備和全光微納光學器件拼裝。這項研究不僅具有一定的學術價值，而且為實現低場高精度光學微操控提供依據。
結題摘要
本研究採用理論分析、計算機模擬與實驗驗證等手段對表面電漿共振結構中的光致力學行為進行了系統研究。成功發展出了對光力進行快速準確計算的方法，包括有限積分-麥克斯韋張量法（FIT-MST），離散偶極近似-麥克斯韋張量法（DDA-MST），-離散偶極近似-洛倫茲力法（DDA-LF），以及有限元-麥克斯韋張量法（FEM-MST）和邊界元—快速多級展開法（BEM-FMM）等。將這些方法在規則及不規則形狀共振光子體系中進行對比，得到非常好的收斂結果，為研究共振等離激元體系相關的光學微操控提供系統工具。基於這些方法，研究了具有Fano共振的顆粒體系，以及不同顆粒體系放置在平板上的光學綁定力。首次發現：(1) 在發生Fano共振的波段二聚體之間的光致綁定力（Optical Bonding Force, OBF）的符號會發生明顯的反轉，也就是說構成二聚體的金納米棒之間發生從吸引到排斥再到吸引的過渡; (2)發現由於多重Fano共振的存在使得顆粒間的作用力方向隨著外場頻率的變化發生吸引-排斥-吸引的多次反轉現象, 其中由吸引到排斥的反轉主要由於Fano共振發生時局域場相位的突變而引起，由排斥到吸引的反轉則主要來源於納米環結構中不同階SPR模式間的過渡; (3) 放置在金屬板上的金納米棒及其同質結二聚體共振譜及光力譜會發生顯著變化，同時在高度方向出現局域最大值 . 此外，我們利用光纖衰勢波初步驗證了對金屬微納顆粒的光力作用，實驗方面利用多波長光纖雷射器來進行顆粒微操控的深入研究正在進一步開展。這些研究結果證明表面共振激元可以被用來增強光力，靈活調控光力場，並實現高精度近場光學微操控。
