基于银纳米旗的可调谐高Q等离子激元谐振腔近场光学特性研究

Plasmonic resonator has been a hot topic in the research area of nanophotonics because light can be effectively localized into subwavelength volume with significant resonant field enhancement by plasmonic resonators. In this project, we propose a silver nanoflag type plasmonic resonator having a unique resonance mechanism. The silver nanoflag resonator supports both localized surface plasmon resonance mode and Fabry-Perot cavity resonance mode. Distinct from the conventional plasmonic resonators, the silver nanoflag resonantor shows unique plasmon resonant spectral characteristics including tunable spectrum, multiple resonance peaks and high Q factor which intrinsic arising from the significant mode interaction and competition induced by the existence of the two resonance modes. In this research, we will focus on the study of the near-field optical characteristics of the silver nanoflag resonators both theoretically and experimentally. The main tasks are as follows, the theoretical explanation of the resonance mechanism of the silver nanoflag resonators, the structural design and the performance optimization of the resonators, sample fabrication and experimental investigation of the near-field optical characteristics of the resonators. Both the theoretical and experimental achievements obtained from this research can be applied to new development of nanoscale integrated optical devices and nanolasers in future.

等离子激元谐振腔可将光局域在亚波长范围内，形成显著的共振增强效应，是目前纳米光子器件领域的研究热点。本项目提出一种具有独特谐振机制的银纳米旗等离子激元谐振腔。这种谐振腔中同时存在局域表面等离子共振模式和法布里-珀罗腔共振模式。两种共振模式在谐振腔内形成显著的相互作用和模式竞争，使得银纳米旗谐振腔具备了表面等离子激元共振光谱可调谐、多谐振峰、高Q值等一系列显著区别于传统等离子激元谐振腔的新颖光谱特性。本项目将针对银纳米旗谐振腔的近场光学特性开展理论和实验研究工作，具体包括：银纳米旗谐振腔谐振机制研究,谐振腔结构设计与性能优化,谐振腔器件制备和近场光学特性实验研究几个方面。研究成果将为未来研制新型的纳米集成光学功能器件和纳米激光器提供重要的理论基础和实验数据。

本项目围绕新型的等离激元谐振腔器件开展理论和实验研究工作。等离激元谐振腔可将光局域在亚波长范围内，形成显著的共振增强效应，并在光通信、光传感等领域实现广泛应用，是目前纳米光子器件领域的研究热点。本项目在立项之初，提出一种具有独特谐振机制的银纳米旗等离激元谐振腔。这种谐振腔的最大特点在于其同时存在局域表面等离子共振模式和法布里-珀罗腔共振模式。两种共振模式在谐振腔内形成显著的相互作用和模式竞争，使得银纳米旗谐振腔具备了表面等离子激元共振光谱可调谐、多谐振峰、高Q 值等一系列显著区别于传统等离子激元谐振腔的新颖光谱特性。.项目组经过三年的研究，在表面等离激元学等领域，取得了一系列重要的研究进展和结果，我们提出并实现具有双谐振机制的银纳米旗谐振器件光学特性研究。我们不仅在理论上阐明了其独特的谐振竞争机制，系统地研究了其光学特性，还实验制备出了这种奇特的纳米器件，并首次在实验上验证了其光学增强特性和窄带光谱谐振特性。这项工作为人们未来在亚波长尺度下，研究高密度光强下光与物质相互作用提供了全新的技术手段。此外，围绕各种表面等离激元纳米结构合成、制备和光学领域的应用等，项目组还开展了大量探索研究工作，将研究工作进一步拓展到亚波长光传输和光传感、印刷电子及光催化等领域，取得了众多研究成果，最终圆满的完成了项目全部研究内容。