《類三明治結構的表面等離子納米增益波導的研究》是依託江蘇大學，由呂柳擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：類三明治結構的表面等離子納米增益波導的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：呂柳
- 依託單位：江蘇大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
表面電漿光學是目前可以突破光的衍射極限，實現在納米尺度上對光操縱的新興學科。本項目主要研究引導電磁波傳播的表面電漿激元（SPPs）波導。既往的V型金屬溝槽及金屬納米線等波導雖可把光局域在納米尺度，卻由於損耗增強難以實現長程傳輸，而金屬條埋在介質中構成的波導雖可實現長程傳輸，卻不具有良好的光束局域性。因此，模式損耗和局域性的競爭是目前制約SPPs波導發展的關鍵。對此，本項目擬研製帶增益材料的三明治結構（金屬/介質/金屬）SPPs 波導。一方面，通過介質層厚度和寬度的調節，將SPPs高度局域在介質內部；另一方面，通過在介質層摻入增益納米晶PbS，形成SPP增強納米晶螢光，而PbS的螢光可實現對傳輸光的放大，從而有效保證光的傳輸距離和局域性。同時，我們將進一步最佳化納米晶的螢光波長、激發強度和濃度對增益因子的貢獻。項目的實施有望解決傳輸損耗和局域性的競爭關係，實現長程的SPP納米波導。
結題摘要
基於表面電漿激元（SPPs）的納米光波導是光學和電子學在納米尺度的連線橋樑，可以突破光的衍射極限，實現在納米尺度上對光操縱的新興學科。該課題圍繞三明治結構（金屬/介質/金屬）的SPPs增益波導展開了系列的研究，建設了相應的共焦顯微成像光路和光纖錐激發光波導以及化學製備裝置的實驗平台，並在此基礎上，圍繞研究計畫開展了系統的研究工作：（1）通過MIM波導的色散關係，發現在某一臨界值時，波導內的對稱模式變成了反對稱模式，這說明了介質層厚度決定了對稱膜到反對稱膜的轉變。且當不同波長的能量在MIM中傳輸時，結果發現當波長小於450nm時，入射光無法耦合到SPPs波導內部。隨著波長的變大，在波導內傳輸的電磁波損耗也越小。（2）通過在介質層摻入增益納米晶，可形成SPP增強納米晶螢光，而增益的螢光可實現對傳輸光的放大，從而有效保證光的傳輸距離和局域性。當在介質層中加入輻射偶極子，MIM對偶極子能量具有極大的放大作用，而IM的放大作用比較小。該理論結果和項目申請書的預期成果是一致的，說明該項目提出的類三明治結構的MIM結構比傳統的IM結構具有更優越的傳輸和局域性。（3）採用光纖錐近場激發了SPPs波導的表面電漿激元的光路並在觀察到波導耦合效率和光纖錐與波導之間的夾角密切相關，當二者平行時，耦合效率最大，二者垂直的時候，由於波矢匹配問題，耦合效率最小。（4）在研究增益介質量子點對MIM波導的增益過程中，我們還發現了量子點的螢光的明暗間歇現象會受到SPPs的熱點能量的影響，分別比較了玻璃，單根納米線，雙根平行銀納米線上量子點螢光閃爍現象。發現了表面電漿的耦合對於螢光的閃爍現象有更強的抑制作用。該結果提供了一種新的抑制螢光閃爍的方式。（5）周圍的介電環境極大地影響著SPPs波導的表面電漿能量分布，SPPs波導的傳輸距離、局域因子和模式有效係數。同時，入射光的偏振也極大地影響了納米晶螢光對波導的增益，當偏振垂直於波導的時候，增益係數最大。
