表面等離激元任意動態光場調控及套用研究

《表面等離激元任意動態光場調控及套用研究》是依託深圳大學，由魏仕彪擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：表面等離激元任意動態光場調控及套用研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：魏仕彪
• 依託單位：深圳大學

項目摘要

針對目前表面等離激元光場無法實現任意而動態的激發與調控，本項目開展以二維平面上的傅立葉變關係或瑞利索末菲衍射為理論基礎，以液晶空間光調製器為調控手段的表面等離激元任意動態光場的激發與調控研究。進而拓展其在表面等離激元光鑷技術上的套用，實現對金屬納米顆粒的捕獲。研究內容包括：（1）研究表面等離激元任意光場激發所需要的初始復振幅分布條件，建立理論算法框架與數值計算模型；（2）研究如何通過純位相型液晶空間光調製器實現從液晶面到金屬亞波長結構處的精確復振幅信息傳遞；（3）建立表面等離激元動態光鑷實驗系統，實現對金屬微小顆粒的任意操控。本項目不僅對表面等離激元光場調控的新發展具有重要價值，而且對表面等離激元的進一步套用具有重要的意義。

結題摘要

針對目前表面等離激元光場無法實現任意而動態的激發與調控，本項目開展以二維平面上的傅立葉變關係或瑞利索末菲衍射為理論基礎，以液晶空間光調製器為調控手段的表面等離激元任意動態光場的激發與調控研究。進而拓展其在表面等離激元光鑷技術上的套用，實現對金屬納米顆粒的捕獲。經過三年的研究工作，項目已經順利完成並達到了預定的目標，具體完成情況及取得成果包括：（1）理論研究以及算法方面，針對二維平面上的傅立葉正逆變換對以及瑞利索末菲衍射正逆傳播關係為基礎，完成二維平面內光場可逆算法的公式推導，基礎算法與疊代算法的開發工作。（2）數值仿真方面，使用商用時域有限差分仿真工具完成了相關表面光場激發與調控的數值研究。針於不同材料的光學特性，以及不同微納米結構的結構參數，最佳化設計了金屬材料，金屬膜厚度，金屬亞波長結構等重要參數，以實現表面光場的高效激發，完成在寬譜表面光場信息載入與激發的數值仿真計算。（3）實驗系統方面，自由空間光場調控與光束整形上，使用液晶空間光調製器結合新型超表面結構，實現對入射光束的信息加，調控與檢測。在光束純化方面，結合可調式法布里珀羅（Fabry-Perot）干涉儀，完成對不同拓撲荷的渦旋光束進行提純與篩分操作。（4）光鑷技術研究方面，以二維表面光場調控技術為基礎結合自由空間光場調控技術，設計了新穎的完美徑向偏振光束，並以此光場作為表面光場的激發。從理論上和實驗上證實這種新型的表面等激元光場激發技術可以強烈抑制直接透射光從而減少散射力，提高表面等離激元光場對金屬粒子捕獲的穩定性。（5）在相關領域發表SCI/EI收錄論文10篇，包括中科院分區1區期刊論文6篇與2區論文3篇，發表期刊包括《Science Advances》，《Photonics Research》,《Nanoscale》等國際知名期刊。培養博士生1名，碩士生2名。本項目的成果對於SPPs光場調製技術與新型動態光鑷技術的發展具有重要價值，並對新型表面波光場調控技術與信息處理等領域也有重要的意義。