《超分辨光學成像用負折射率材料的製備研究》是依託電子科技大學,由付永啟擔任醒目負責人的聯合基金項目。
基本介紹
- 中文名：超分辨光學成像用負折射率材料的製備研究
- 依託單位：電子科技大學
- 項目類別：聯合基金項目
- 項目負責人：付永啟
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
該項目旨在研究大面積分布的人工負折射率材料的製備技術及其在可見光波段成像中的套用。具體方法是首先利用蘭州重離子加速器的寬束重離子轟擊基底材料並經化學腐蝕處理獲得納米孔陣列結構，然後採用金屬鍍膜形成陽極板，再結合電化學生長技術從納米孔中生長出金屬納米線陣列結構。由於採用的是寬束重離子加速器轟擊基底材料，因而可獲得大面積分布的納米孔陣列結構。然後利用原子力顯微鏡、近場掃描光學顯微鏡和光譜儀等手段對製備的負折射率材料進行表征。最後通過近場成像實驗獲得超分辨成像，即空間解析度突破衍射受限的成像。研究內容分為負折射率材料的最佳化設計、製備、表征、及成像四個部分。該方法的實現將突破目前的大面積可見光波段負折射率材料的製備難題，其研究成果將意味著光學領域的一個新的突破，對納光子器件在超分辨成像、傳播及感測等領域的套用具有重要的意義；同時可加速納光子器件的研究儘快由基礎走向實際套用，無疑具有潛在的市場價值。
結題摘要
本項目目前已經結題，圓滿完成了任務書中的各項內容。具體完成如下研究內容： (1) 採用嚴格的電磁場理論及其數值計算方法，深入研究了負折射率材料在可見光波段的成像特性；在申請者前期超分辨透鏡研究工作基礎上，探索採用特定的微納金屬結構激元如橢圓、矩形等形狀的納米線以及最佳化納米線陣列的周期、納米線長度和結構厚度等方案，並結合SPP表面波、偏振效應、以及近場倏失波干涉等綜合效應對遠場傳播光束的影響，進一步研究了提高空間解析度的可行性和具體途徑。 (2) 通過FDTD等算法軟體，對設計的負折射率材料進行三維電磁場仿真分析，通過選定結構參數如金屬納米線的形狀、直徑/邊長/周長、及陣列周期、厚度等對幾何結構參數進行了最佳化，尋找到最佳的匹配關係並最終確定納米金屬結構的幾何量參數為：納米線直徑30納米、長度15微米、陣列分布周期70納米，材料為金；研究表面電漿波在納米結構中傳輸的微觀機理，並設計出相應的具有良好加工工藝性的人工負折射率材料。 (3) 根據建立的理論模型與設計結果，利用重離子加速器轟擊及化學腐蝕方法摸索工藝條件並製做出樣品，得到大面積分布的納米孔陣列結構，再結合金屬鍍膜及電鍍成形方法得到金納米線陣列樣品。 (4) 實驗測試方面，首先對現有的近場掃描光學顯微鏡進行了升級改造，包括搭建新的斜入射照明系統以及購買新的光源及光纖耦合系統。此外，還改造了光纖光譜儀的接口，使之可與近場掃描光學顯微鏡連用，測試近場區域光譜。在此基礎上對製作的樣品進行近場表征，得到的結果顯示該樣品確實具有負折射的偏折效果。項目開展期間，共發表SCI檢索論文13篇，獨立撰寫中文專著一部：《納光子學及其套用》修訂版，該書目前已被作為電子科技大學及中科院長春光機所研究生專業課教材使用。培養研究生9名，其中6名已經畢業。此外，與加拿大英屬不列顛哥倫比亞大學（University of British Columbia）、香港城市大學、及新加坡國立大學開展了相應的國際合作與學術交流。
