二维亚波长非晶分相光子结构对表面等离激元调控的理论和实验研究

基本信息
批准号:11604355
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:22.00
负责人:张亚峰
学科分类:
依托单位:中国科学院上海技术物理研究所
批准年份:2016
结题年份:2019
起止时间:2017-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:聂晓飞,王玘,张斌,朱思新
关键词:
分相非晶光子结构表面等离激元超构材料
结项摘要

Amorphous photonic structures that possess only short-range but not long-range order show remarkably distinct optical responses from periodic photonic crystals, such as isotropic photonic (pseudo) bandgaps, unique light transport and localization.Surface plasmon polaritons (SPPs) have become another hot research topic in nano-optics due to their subwavelength features and local field enhancement effects. Existing research shows that SPP is mostly excited by subwavelength periodic surface structures, while less research was done on manipulating the behavior of SPP by using amorphous surface photonic structures, which could lead to new physical effects and potential applications. Theoretical calculation combining with experimental measurement will be used in this project, exploring the effects of short-range ordered two-dimensional amorphous phase-separated photonic structures on manipulating the electromagnetic behavior of SPP and related SPP-based metamaterials in which the SPP structures act as electric resonance units. Inspired from the study of natural phase-separated structures, the two-dimensional phase-separated metallic structures can be easily prepared by means of the natural phase separation process of polymer blending system; and its optical characteristics can be accurately obtained by simulating the structural models generated by the equation which describes the polymer phase separation dynamics. Results of this project will broaden the knowledge of the optical properties of short-range ordered photonic structures; and new type of optic (electrical) devices are hopefully developed based on the possible new effects described above.

非晶光子结构因其只具有结构短程序而没有长程序,而拥有显著不同于周期性光子晶体的光学性质,如各项同性的光子(赝)带隙、不寻常的光传输和局域现象。表面等离激元学因其亚波长特性和局域场增强效应是纳光子学中的另一个热门研究方向。现有的研究表明,表面等离激元的激发多采用亚波长的周期性表面结构,而采用非晶表面光子结构来调控表面等离激元行为的研究却很少,可能产生新物理效应及应用。本项目将采用理论模拟计算和实验测量相结合的研究方式,探究短程序的二维非晶分相光子结构对表面等离激元及以此为电共振单元的超构材料中电磁行为的调控。从自然界分相结构的研究中受到启发,二维分相金属结构可借助于聚合物体系的自然分相过程容易制备获得;且其光学特性可通过描述聚合物分相的动力学方程精确建模和模拟计算获得。本项目的研究结果将拓宽对短程序类光子结构产生的光学特性的理解和认知;而且利用可能的新效应,研制基于此的新型光(电)器件。

项目摘要

非晶光子结构因其只具有结构短程序而没有长程序,而拥有显著不同于周期性光子晶体的光学性质。非晶光子结构(包括二维非晶分相光子结构)的研究将加深我们对短程序类光子结构产生的光学特性的认识。本项目研究了采用聚合物分相制备中红外波段响应的二维非晶分相超表面结构,实现了中红外波段增透效果;研究了微纳光子结构对吸收体性质的调控理论,基于耦合模理论获得了可调带宽的高效率吸收的普适物理图像;研究了准二维超表面等离激元光子结构和光子晶体结构对辐射性质的偏振及光电性质调控,实现了不同的偏振效应结果;还研究了非晶光子结构的非虹彩结构色应用等。研究结果分别对与此相关的光子学及光电调控领域可具有一定的参考价值。项目共在Optics Express、ACS Nano、Nanoscale、 Physical Review B、Journal of Applied Physics等期刊上发表SCI论文6篇和申请发明专利1项。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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