金屬納米腔中的受激輻射表面等離激元放大

《金屬納米腔中的受激輻射表面等離激元放大》是依託武漢大學，由張順平擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：金屬納米腔中的受激輻射表面等離激元放大
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張順平
• 依託單位：武漢大學

項目摘要

表面等離激元光子學是當今國際範圍研究的熱門領域之一。利用表面等離激元可以製備一系列的亞波長光學功能器件，在信息傳播、化學檢測、太陽能電池等領域都有廣闊的套用。其中，製作納米尺度的光源是該領域的一個新興的熱點研究方向，可望在集成光子迴路中扮演重要角色。另一方面，許多無源表面等離激元器件都受到表面等離激元的高損耗的制約。從被提出開始，受激輻射表面等離激元放大就一直被認為是突破這個制約和實現納米光源的主要途徑。由於表面等離激元的高局域性，納米腔附近的光學局域態密度有很大的增強。可以改變分子/量子點等偶極躍遷輻射源往不同通道衰減的躍遷幾率。納米腔的品質越高，躍遷幾率的修改越大。在本項目中，我們將研究一維納米腔中附近的增益材料的受激輻射過程並以此設計納米雷射器。

結題摘要

表面等離激元光子學是當前研究前沿，在微納尺度光與物質相互作用、納米光學波導迴路、增強光譜、化學檢測、新型能源等方面中扮演重要角色。然而，表面等離激元的高損耗是制約該領域縱深發展的主要瓶頸。本項目重點從受激輻射表面等離激元放大方面探究是否可以突破這個制約。項目主要開展了無源表面等離激元納米腔的最佳化設計、高品質納米腔的可控制備與表征、增益材料與納米腔的集成、表面等離激元與電子躍遷的耦合、納米腔中的受激輻射放大這幾個方面的研究內容。取得重要研究進展包括：實現了用單顆粒提高納米腔端面反射率、發現品質因子可達到表面等離激元理論極限的納米腔、實現高靈敏的距離檢測，以及表面等離激元與半導體中的電子躍遷的強耦合。表面等離激元與增益材料中的電子躍遷之間的相互作用是項目的主要內容，而高品質無源腔的設計是取得強相互作用的保證。當然，項目最終未實現申請書中關於拓展套用，即實現室溫下單顆粒等離激元雷射這一極具挑戰性的終極目標，但也依然實現單顆粒相干納米光源。總之，項目順利完成了申請書中所提出的主要研究內容並實現項目的核心研究目標，對後續開展納米表面等離激元光電器件的縱深研發奠定了堅實的理論與實驗基礎。