等效表面等離激元的物理機制與器件研究

《等效表面等離激元的物理機制與器件研究》是依託南京航空航天大學，由李茁擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：等效表面等離激元的物理機制與器件研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李茁
• 依託單位：南京航空航天大學

項目摘要

人工表面等離激元(Spoof Surface Plasmon Polaritons, SSPPs)是近年來新型人工電磁材料的一個研究熱點，但傳統的SSPPs器件通常尺寸大、結構複雜，實際套用受限。與SSPPs相比，等效表面等離激元(Effective Surface Plasmon Polaritons, ESPPs)的色散和電磁特性更接近光波段真實SPPs，具有真正意義上的深亞波長場約束和局域場增強效應。本項目通過深入研究波導填充介質參數和橫向尺寸調控下ESPPs的物理機制和電磁特性，開發基於ESPPs的超低損耗波導、高Q值諧振器件和高性能濾波器，探索ESPPs在共形變換光學機制下的寬頻電磁能量收集、電磁波高效率諧波轉化、感測和電磁信號特徵信息調控等方面的套用，本項目擬突破SSPPs的套用瓶頸，為ESPPs在微波和太赫茲波段新型SPPs器件和系統中的套用奠定理論基礎，提供技術支撐。

結題摘要

縱觀人工表面等離激元的國內外研究現狀，傳統SSPPs和LSSPs從概念提出到器件和系統的實現都是基於周期性金屬凹槽或孔洞結構，為實現亞波長約束，器件往往存在橫向尺寸過大、結構複雜以及實用性不強等問題，導致當前SSPPs的研究缺乏後勁，工程套用困難。相反，基於波導模式色散誘導的ESPPs因具有真正意義上的深亞波長場約束、界面扁平、結構簡單和損耗小等特點，使其更好地繼承了光波段真實SPPs的優異性質，可極大拓展人工表面等離激元在微波和太赫茲器件中的套用空間，是當前的研究熱點。目前，ESPPs的研究方興未艾，許多理論尚不清晰，亟需針對其中的物理機制和關鍵技術開展創新性研究，為後續套用研究提供可靠的理論分析方法和設計手段，提升我國在相關工程領域的技術水平和設計能力。 本項目完成了波導模式色散誘導的等效表面等離激元的物理機制及其相關器件研究。首先，在前期研究基礎上進一步完善了基於波導模式色散誘導的ESPPs和ELSPs理論體系，基於模式匹配、多模網路和波導等效媒質理論等方法研究了ESPPs和ELSPs的電磁特性：包括ESPPs的色散特性和場分布，ELSPs的散射截面和諧振特性等；其次，研究了波導類型、尺寸、填充介質參數對ESPPs和ELSPs電磁特性的影響；最後，在理論研究基礎上設計和開發了微波段基於ELSPs的新型微波功能器件。 本項目研究了等效表面等離激元的物理機制，構建了理論框架，提出了有效的理論分析方法，設計並開發了基於ELSPs的新型功能器件，突破了常規SSPPs和LSSPs器件結構複雜、尺寸過大和在深亞波長場約束性方向實用性不強等瓶頸，探索了ELSPs在微波波段新型傳輸和諧振器件等方面的實際套用。本項目通過對等效表面等離激元的理論、實驗和套用方面的研究，為ESPPs 和ELSPs在微波和太赫茲波段新型SPPs器件和系統中的套用奠定了理論基礎並提供了技術支撐。