基于电激励的半导体/金属结构中的等离激元光学性质的研究

本项目以半导体/金属人工微纳米结构为研究对象，旨在通过半导体PN结中电注入载流子性质来实现光发射并激发金属结构中的等离激元，以研究电激励方式下光与等离激元的耦合、亚波长光传播等新颖性质。本项目创新之处在于引入半导体活性介质以更接近实用的电激励方式来实现有源的等离激元亚波长光学集成功能。本项目拟通过半导体/金属层状结构中设计各种微纳结构；依赖先进的纳米加工技术制备相应的样品；采用多套远、近场光学表征和测量设备来探测光发射和表面传播性质；详细探讨如何将电激励发出的光束缚到金属表面形成亚波长光源和二维光路系统，为今后的亚波长光学集成和等离子体光子学器件的开发提供理论指导和技术基础。

本项目主要研究半导体/金属微纳结构中通过半导体PN结中电注入实现光发射并激发金属结构中的表面等离激元（SPP），考察SPP模式的产生、耦合、传播等特性，旨在实现电激励的等离激元集成光源。同时，考虑到纳光子有源集成的需要，金属/介质杂化模式、对SPP传播的操控也是本项目的研究内容。此外，本项目还探索金属微纳结构中的SPP模式对半导体光发射性质的调控。经过三年左右的研究，我们在GaAs基底的红光LED芯片上，通过加工金属微纳结构成功地实现了SPP的高效激发，实现了电激励的SPP集成光源；在SPP的传播规律与操控的研究中，我们发展了一套新颖的面内衍射方法用于的SPP波前的调控，实现了不衍射的SPP Airy光束、宽带聚焦和准直性质等；再者，我们在介质加载SPP波导体系中也有系统研究。这些结果为今后开发新型的纳光子学元件和有源集成提供了重要的指导意义。围绕如上几个方面，我们做出了一批有意义的成果，发表SCI论文16篇（除了一篇综述文章外，其它15篇均是影响因子大于3的高水平刊物）。受本项目支持，项目完成人参加了国际学术会议并做报告多次（含两次邀请报告），出国交流访问数次。