《超薄結構人工表面等離激元傳輸與局域特性研究》是依託中國礦業大學，由沈曉鵬擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：超薄結構人工表面等離激元傳輸與局域特性研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：沈曉鵬
- 依託單位：中國礦業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
結構化金屬表面支持人工表面等離激元（ SPP）的傳輸和局域化，可以突破電磁波的衍射極限實現亞波長等離激元器件，在微波、太赫茲和遠紅外具有重大科學意義和套用前景。本課題從理論和實驗兩方面探討結構化薄金屬條（片）上SPP 的傳輸和局域特性。具體包括：1. 研究結構化薄金屬條有效束縛和傳輸人工SPP的物理機理，探討傳輸距離、束縛強度、折彎損耗等特徵參數與結構參數之間的關係，設計基於 人工SPP的方向耦合器、環形諧振腔等亞波長等離激元器件；2. 研究結構化薄金屬片對 人工SPP的局域特性，分析局域 SPP的諧振特性，探討其物理機理及其在高靈敏度感測器等方面的套用。通過系統分析結構化薄金屬條（片）上人工SPP的新特徵和新現象，揭示其內在物理機理和規律，獲得從設計、製備、和實驗表征基於人工SPP 的等離激元功能器件系列關鍵技術和新方法。
結題摘要
表面等離極化激元（SPP）是一種特殊的表面波模式，對電磁波具有亞波長束縛能力和場增強特徵，僅存在於正、負介電常數媒質的交界面上。在光波段，由於金屬的介電常數為負，因此金屬表面可支持SPP模式。SPP的激發、耦合和傳輸所引起的豐富的光學性質是當今光學領域的研究熱點之一，在光子晶片、新型光源、突破衍射極限的高解析度成像等方面具有廣闊的套用前景。然而，在低頻（遠紅外、太赫茲、微波）情況下金屬近乎為完美電導體，因此很難激勵起SPP波。結構化金屬表面支持人工表面等離激元（ SPP）的傳輸和局域化，可以突破電磁波的衍射極限實現亞波長等離激元器件，在微波、太赫茲和遠紅外具有重大科學意義和套用前景。在自然基金的支持下，本課題從理論和實驗兩方面探討結構化薄金屬條（片）上SPP 的傳輸和局域特性。具體包括： 1. 研究了金屬條帶結構上人工表面等離激元傳輸特性，在該傳輸結構基礎上，通過引入開口諧振環以及變容二極體，我們設計了多種濾波器結構，通過引入不同尺寸開口諧振環和載入變容二極體的諧振環，實現了人工表面等離激元帶阻濾波以及可調帶阻濾波的效果，並且通過實驗驗證了其濾波特性。研究發現通過調整諧振腔的尺寸可以實現多波段帶阻濾波，通過在變容二極體兩端載入電壓可以快速調節濾波頻率。 2. 設計了一種基於U形腔的多波段表面等離激元濾波器，用諧振腔理論分析了其濾波的物理機制；此外，還研究了兩個U形腔之間的耦合特性，通過改變耦合距離實現對人工表面等離激元濾波特性的有效調控。人工表面等離激元濾波特性的研究在等離激元積體電路及信號處理領域具有潛在的運用價值。 3. 研究了螺旋結構單元和螺旋結構二聚體的局域表面等離激元共振形式和耦合規律，並用等離激元雜化理論加以解釋。利用人工表面等離激元的雜化效應可以顯著提高感測器的感測質量因子，這為基於超材料的高靈敏感測器的結構設計提供了新的思路。
