表面等離激元的傳播與調控研究

《表面等離激元的傳播與調控研究》是依託首都師範大學，由李志鵬擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：表面等離激元的傳播與調控研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李志鵬
• 依託單位：首都師範大學

項目摘要

表面等離激元光波導是納米光子器件中必不可少的重要元件。納米光波導一直是國際上的熱點研究問題。在青年基金項目支持下，申請人已完成了納米線波導中傳播表面電漿的發射方向、偏振態等研究，並實現了納米光調製器、分光器及光邏輯迴路，在納米光子學領域取得了一定的成果，發表SCI文章15篇（第一作者6篇，通信2篇），包括Nano Lett.，Small，PRB等國際重要期刊，總引用超過百次。本課題在青年基金基礎上，將研究對象拓展到納米波導耦合體系，利用化學和物理的方法對納米線形貌進行改性和修飾，實現對傳播表面等離激元發射強度和偏振態等性質的調控。課題將重點解決光與納米線波導、波導與波導之間的耦合效率問題，弄清波導與納米顆粒天線、基底的耦合作用對遠場發射和近場局域表面增強特性的影響。利用近場掃描顯微鏡，對複雜納米線體系的近場光強和傳播位相進行直接觀察，為納米光子器件的設計和製造奠定重要的實驗基礎。

結題摘要

表面等離激元（SPs）是金屬表面自由電子的集體振盪，可以把光場束縛在納米結構表面，實現納米尺度的光調控。隨著納米科學的發展，其在信息、光譜領域展示出了巨大的套用前景。本項目將研究對象鎖定在納米波導、納米天線，及其複合體系。主要關注此類體系中傳播和局域SPs的傳播和耦合過程，發現其中的物理現象和機制，拓展納米光調控和光操縱手段，並套用於納米光子器件的構建和超靈敏探測手段的研發。在項目執行期間，主要開展了以下幾方面的研究工作： 1，在納米天線方面，發現了量子效應導致的亞納米間隙納米天線發射偏振特性的改變，為構建量子納米器件提供了實驗和理論基礎。工作發表在ACS Nano上，並受到X-MOL等科技媒體的推薦報導。另外，還研究了非對稱金屬納米顆粒天線的近場旋光回響，在表面等離激元共振感測方面的具有一定的套用價值。 2，在納米波導方面，研究了納米線-石墨烯複合體的非線性飽和吸收特性。研究表明，該複合體系可用於發展新型非線性光學器件，如雷射鎖模、Q開關等。另外，我們還發現了納米線-顆粒體系中，和顆粒形貌取向相關的發射偏振特性，可用於構建納米偏振調控器件。進一步，通過光化學方法，我們實現了對納米波導形貌的調控，獲得了一種錐形的納米波導，可用作高效率的納米聚焦探針。 3，納米光操控方面，發現了納米顆粒Fano效應導致的橫向散射光學力的捕獲效應，由此提出了一種新的散射光學力捕獲和篩選機制。篩選精度可小於幾個納米。在此之前，國際上尚無達到此精度的光捕獲報導。工作發表在ACS Nano上，獲得了國際評審專家的較高評價。 4, 表面增強光譜檢測方面, 獲得了多種高增強因子的表面增強拉曼和螢光基底，並發展了一種晶片級別的單分子檢測技術，將SPs增強光譜進一步推向套用。相關成果已轉化為國家發明專利。 5，近場檢測技術方面，搭建了外差近場掃描顯微鏡系統，並初步獲得了一些實驗結果，觀測到了在納米金片中傳播的SPs導致的駐波現象。相關結果正在整理中。 以上結果發表文章10篇，包括ACS Nano 2篇（影響因子13.3），Nanoscale 1篇（影響因子7.7），受邀擬寫納米天線方面的綜述1篇。申請國家發明專利4項，其中已獲批1項。參加國際國內學術會議11次，其中邀請報告7次。畢業碩士生4人；在讀碩士生6人；博士生1人。項目主持人入選教育部新世紀優秀人才支持計畫；獲得教育部霍英東青年教師基金。