电、磁等离激元及光学共振模式的杂化耦合特性与模式优化

Plasmonics curcuit is an ideal approach to construct photonic devices owing to capable of transmitting large capacity information and the advantages of miniaturization of the electronic device.The strong nonlinear interaction and coupling between the photon and devices can be obtained through the structural design and size control.By introducing new kind of optical modes of narrow linewidth and low loss into the photonic nanostructures and investigating the resonance coupling among the optical modes and surface plasmon (including the propagating mode and the localized mode) and magnetic plasmon, it is able to effectively control and optimize the performance of the electric and magnetic surface plasmon. The project aimed to study the nonlinear optical dynamics and mode coupling characteristics of micro-and nano-structure based on the surface plasmon excited photon, electron, and their mutual coupling characteristics and mechanism theoretically and experimentally, and study the application of specific micro-and nano-structures in optical transmission, optical radiation and the nonlinear interaction. Prepare micro-and nano-structure using physical and chemical methods, and study the influence of the experimental conditions and process on the the growth of the materials. Explore new phenomena and new effects arised from surface plasmon polaritons at the interface of micro-and nano-structure and their impact on the resonance and propagation characteristics of surface plasmon and on the optical properties of micro-structure material and so on.

表面等离激元光子学电路同时拥有光学器件传输信息的大容量性和电子器件小型化的优点，并可通过结构设计和尺寸控制实现光子之间及与器件的非线性强相互作用和耦合，因此成为实现光子学器件的理想途径。而通过在微纳光子体系中引入具有窄线宽低损耗等特性的光波模并利用其与表面等离激元(传播模式和局域模式)以及磁等离激元等之间的共振耦合，可以有效调控和优化等离激元模式。本项目将对基于金属-电介质微纳结构表面等离激元激发的光子、电子及其相互耦合的特性及机理展开理论和实验研究，研究微纳结构的非线性光学响应动力学及等离激元耦合特性，进而研究特定微纳结构在光传输、光辐射以及非线性相互作用中的应用。利用物理与化学方法制备微纳结构，研究制备工艺和实验条件对不同微结构生长的影响规律，深入研究微纳结构中界面处由光激发表面等离子体激元产生的新现象、新效应，并研究这些新效应对微结构材料光学性质及等离激元共振和传播特性。

表面等离激元(Surface Plasmon Polaritons, SPP)是金属表面自由电子与外部电磁场相互作用形成的一种表面电磁模式。由于SPP具有局部场增强效应，并能将激发的电磁场能量局域在突破衍射极限的亚波长尺度内，因而它在生物、化学传感，集成光学元器件以及非线性光学等领域具有重要的应用前景，另外多个SPP模式相互耦合杂化可产生更强的电磁场增强效应和更新奇的光学特性。本项目研究分为两个层次：一是SPP的共振模式杂化耦合，主要研究了金属纳米粒子结构以及具有不同序特征的周期、准周期、无序金属微纳结构中，SPP模式激发、耦合杂化、高效吸收、宽频域多重模式耦合、类电磁诱导透明等过程，并提出一种新颖的微型布尔逻辑门及慢光器件，然后通过引入非线性，理论上讨论了非线性耦合、超低阈值光学双稳等现象；二是SPP的模式可调定向激发与聚焦，主要研究了基于纳米天线阵列的SPP可调定向激发，等离激元涡旋场的激发及模式转换和 SPP 的中心对称聚焦，并提出了一种新颖的微型化光波偏振态检测方案。