太赫茲等離子激元亞波長光子學的基礎研究

《太赫茲等離子激元亞波長光子學的基礎研究》是依託南開大學，由王明偉擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：太赫茲等離子激元亞波長光子學的基礎研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王明偉
• 依託單位：南開大學

中文摘要

表面等離子激元(SPPs)的優良特性使得電磁波在亞波長尺度的定位和操控成為可能，這會導致納米製備及發展超小型集成光子器件與系統的突破性進展。太赫茲波（0.1-10THz）信噪比高，對很多光學非透明材料穿透性好，是非電離輻射，可以顯示化學與生物威脅性分子的特徵，在很多學科都有廣泛套用。本項目提出利用高分辨太赫茲時域光譜(THz-TDS)技術研究THz SPPs金屬亞波長結構並予以表征，研究太赫茲波段SPPs和局域表面等離子激元(LSPPs)的譜域和時域特性,嘗試新的可調諧THz SPPs，深入研究THz波段的各種基於亞波長結構的SPPs特性，在Fano理論模型分析的基礎上建立THz亞波長周期結構的複合波（HW）理論模型。本項目嘗試進行亞波長孔陣列潛在套用於生物感測的概念驗證，長期目標是研製能集成到套用於光電子學,生物感測和通信領域的小型平台的二維或三維THz等離子激元的準光學器件。

結題摘要

太赫茲波（0.1-10THz）信噪比高，對很多光學非透明材料穿透性好，是非電離輻射，可以顯示化學與生物威脅性分子的特徵，在很多學科都有廣泛套用。表面等離子激元(SPPs)的優良特性使得電磁波在亞波長尺度的定位和操控成為可能，這會導致納米製備及發展超小型集成光子器件與系統的突破性進展。本項目提出利用高分辨太赫茲時域光譜(THz-TDS)技術研究THz SPPs金屬亞波長結構並予以表征，研究太赫茲波段SPPs和局域表面等離子激元(LSPPs)的譜域和時域特性,嘗試新的可調諧THz SPPs，深入研究THz波段的各種基於亞波長結構的SPPs特性，在Fano理論模型分析的基礎上建立THz亞波長周期結構的複合波（HW）理論模型。本項目嘗試進行亞波長孔陣列潛在套用於生物感測的概念驗證，長期目標是研製能集成到套用於光電子學,生物感測和通信領域的小型平台的二維或三維THz等離子激元的準光學器件。重要結果、關鍵數據及其科學意義包括以下四個方面。（1）設計、製備並表征了具有基於強最近鄰耦合增強的高折射率太赫茲特異表面結構材料，靈活獨立的Z形太赫茲特異表面結構基於強耦合，在0.315太赫茲所達到的峰值折射率為14.36.我們提出的柔性支撐Z型特異表面結構可以進一步提高設計靈活性以便使太赫茲波段的隱身裝置延遲線或梯度折射率透鏡製作簡單。強耦合誘導峰值折射率增強的概念也可以延伸到其他頻率範圍實現高折射率回響。（2）面向實用太赫茲濾波器和感測器的綜合研究，詳細討論了具有尖峰共振特性的膜介質特異材料諧振器。對依賴於膜厚度的感測套用研究表明，具有10到50 μM適度厚度的高品質因數膜介質特異材料最有希望用來研發理想的高性能集成太赫茲濾波器和感測器。（3）利用透射式太赫茲時域光譜技術平台實現了基於主成分分析和支持向量機的冰片鑒本研究表明主成分分析結合支持向量機方法對冰片太赫茲光譜具有很好的分類和鑑別效果，為冰片等中成藥劑的種類鑑別提供了一種新思路。（4）利用拉曼光譜技術，獲得了天然冰片、合成冰片和異龍腦的拉曼光譜，發現合成冰片和異龍腦在627.95 cm-1、726.3 cm-1、786.09 cm-1、857.44 cm-1處出現拉曼譜峰，而天然冰片沒有,因此可以作為區別天然冰片與合成冰片的指紋譜。此項研究表明,拉曼光譜技術可作為鑑別天然冰片和合成冰片的一種新方法。