金属表面等离极化激元(SPP)和局域表面等离激元(LSP)耦合效应的光学性质研究

本项目拟通过金属表面等离极化激元（SPP）和局域表面等离激元(LSP)的耦合效应来研究金属纳米微结构的光学性质。其主要研究内容有：1，在金属纳米微结构的光学透射中实现高效率的光学旋转效应（每单位厚度的旋转角度），并且掌握光学旋转的理论机制。2，通过调制SPP和LSP的耦合效应实现对Fano共振的精确控制，掌握Fano共振线型变化规律，理解其中的物理机制。3.通过两种途径优化金属的Plasmonic共振腔：a、提高共振品质因子；b、减小共振模体积。从而获得具有比较高的Purcell因子的Plasmonic共振腔,为开展金属Plasmonic共振腔和发射体的相互作用研究打下基础。

电子集成器件在人类生活中具有重要的应用。随着科技的发展，人们期望能够用光子集成器件代替电子器件，去获得更加优越的性能。本项目通过设计金属微纳结构—一种光子集成器件，利用在其上激发的金属等离极化激元(SPP)和局域表面等离激元(LSP)之间的耦合效应，研究其中的光学性质，为未来发展光子集成器件提供理论指导和技术支持。具体内容如下：（1）实现了单层金属结构零阶透射的增强光学旋转效应。在项目中，我们设计了一个S型的金属穿孔阵列，利用SPP和LSP在远场的干涉，在理论和实验上首次实现了单层结构零阶透射的巨大光学旋转。相比于传统晶体，它的旋转效率提高了10E5倍，其成果发表在PRL上，已被引用22次。（2）通过设计合适的金属微结构，实现了高品质因子的表面等离激元共振效应。在本项目中，我们设计了一种双L型的不对称金属微结构，利用SPP 的延时效应，实现了对电四极子的激发。并且通过调谐双L 型结构上激发的电四极子的频率，让它们相互耦合杂化，获得了更高品质因子的束缚和反束缚电四极子的等离激元Fano共振模式。在理论中得到了超过100的品质因子，在实验中也获得了38的品质因子。（3） 研究并设计了一个准三维金属结构的不对称透射效应。 利用FIB加工手段和一次金属溅射工艺实现了金属腔-粒子的不对称微纳结构的制备，利用在腔上和粒子上激发的等离激元共振的耦合，在波长1000-1600 nm范围内，实现了高的不对称透射效应和旋转效应。