金屬/介質微納結構中表面等離激元衍射動力學研究

《金屬/介質微納結構中表面等離激元衍射動力學研究》是依託南京大學，由李濤擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：金屬/介質微納結構中表面等離激元衍射動力學研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李濤
• 依託單位：南京大學

項目摘要

本課題針對金屬表面等離激元（SPP）這一獨特的表面波在二維平面內傳播的衍射性質開展深入的理論和實驗研究。旨在將傳統的光學衍射理論、晶體中X射線衍射動力學理論以及光子能帶理論拓展至複雜人工微納結構的SPP衍射效應中。實驗上採取以聚焦離子束為主的納米加工手段在金屬表面製備微納結構，利用泄漏波顯微鏡系統和其它光學手段研究SPP的傳播與衍射性質。重點探討不同的納米陣列結構（特別是非周期結構）對SPP衍射的相位調製以及對新型衍射波束形態的構建與控制；發展針對SPP受任意陣列結構調控的衍射動力學理論；探索具有納光子集成功能特性的新穎結構設計。在此基礎上，本項目還將考察SPP衍射波束與介質/金屬混合型波導的有機結合併嘗試拓展至金屬/非線性介質中，探索SPP衍射與導波效應的非線性調控方式，為今後開發新型的納光子學器件和光子集成元件提供理論指導和技術基礎。

結題摘要

本項目主要針對金屬中等離激元（SPP）表面波在平面內傳播衍射性質開展系統研究，旨在將傳統的光學衍射理論、晶體中X衍射動力學理論以及光子晶體能帶理論和局域相位匹配理論拓展到SPP表面波體系中，對SPP波束以及近場特性進行調控。研究計畫要點著重研究金屬表面的非簡單周期結構對SPP波在面內面外的衍射特性；研究SPP與波導模式以及空間光場模式之間的轉換特性；研究等離激元波導陣列中SPP離散衍射特性。經過近四年對本項目的認真執行和系統研究，我們取得了一系列創新性的研究成果，總結如下：1、通過SPP在非周期陣列中的面內衍射，發展了非完美匹配布拉格衍射方法實現SPP相位調控，以及利用相位設計實現SPP波束調的方法，成功實現了無衍射自彎曲的SPP艾里波束、SPP準直波束、SPP寬頻聚焦及波分復用；2、將SPP相位調控用於空間衍射光場的調控和偏振調控中，通過對金屬表面SPP的衍射操控成功實現了空間艾里波束、空間動態偏振調控和空間任意多偏振態的產生；3、將SPP衍射動力學特性拓展到波導陣列系統中，針對波導中的SPP離散衍射行為發現了光場的界面拓撲態及其色散和傳播調控。這些結果揭示SPP在面內和面外的衍射動力學基本物理特性，為SPP的波束調控、偏振調控以及全息技術提供了指導意義，同時豐富了多自由度光子調控的原理和途徑（這正成為當前微納光子學領域的熱點）。相關成果共發表SCI論文14篇（其中包含Phys Rev Lett 2篇，Laser Photon Rev 2篇，Light Sci Appl 1篇，Nano Lett 1篇，Sci Rep 1篇）。受本項目支持，承擔人受國際會議以及國際相關學術單位邀請做邀請報告或專題講座16人次。