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电子信息工程学院教师在光学类1区刊物Advanced Optical Materials上发表封面亮点文章

发布时间:2019-05-22浏览次数:2428作者:李茁来源:电子信息工程学院责任编辑:

    表面等离激元(Surface Plasmon Polaritons, SPPs)是光波段金属纳米结构中自由电子共谐振荡形成的一种表面束缚电磁模态,只能存在于具有正负介电常数的两种介质交界面上,如光波段的贵金属和介质交界面。SPPs具有很强的局域场增强效应,能够突破衍射极限,是一种具有巨大潜在应用价值的传输模式。随着理论研究日益深入和高精度纳米加工技术的不断进步,逐渐形成了Plasmonics这一新兴学科。该学科将SPPs作为信息载体,利用金属微纳结构、金属与材料的复合结构对SPPs进行调控,产生了光学非线性增强效应、高透过性、高定向性、折射率高敏感性、负折射率和低阈值动态调控等一系列新奇特性,它使SPPs在纳米光子学、超分辨成像、能源、传感探测和生命科学等领域展现出广阔的应用前景。然而,金属在等离子体频率附近的强损耗使SPPs存在诸多的应用瓶颈,在此背景下,2004年英国帝国理工大学的J. B. Pendry教授提出可通过在金属表面刻蚀周期性孔洞以降低金属的等效等离子体频率,在微波和太赫兹波段实现人工表面等离激元(Spoof Surface Plasmon Polaritons, SSPPs),将SPPs的优异特性拓展到微波和太赫兹波段。然而,为实现亚波长约束,SSPPs器件往往存在横向尺寸过大、结构复杂,而波导结构色散诱导的等效表面等离激元ESPPs具有真正意义上的深亚波长场约束,界面扁平、结构简单,极大拓展了人工表面等离激元在微波和太赫兹器件中的应用空间,是当前低频表面等离激元学一个新的研究方向。     

    电子信息工程学院雷达成像与微波光子教育部重点实验室李茁副教授课题组在前期工作基础上,研究了波导结构色散诱导的等效局域型表面等离激元ELSPs的物理机制,揭示了可利用波导结构色散在两种介电常数均为正的介质交界面处实现局域等效表面等离激元,完美模拟光波段局域型表面等离激元LSPs的电磁特性,并进一步实验观测到了ELSPs的多极谐振特性。由于金属的强损耗,多极谐振在光波段一直很难被观测到,而ELSPs则具有显著的多极谐振特性。和常规伪局域表面等离激元Spoof LSPs相比,ELSPs不仅可以完美地模拟LSPs在界面两侧的场衰减特性和对周围环境折射率的高度敏感性,而且对谐振器的尺寸和形状具有很好的鲁棒性,为设计微波段和太赫兹波段深亚波长,与结构无关的表面等离子谐振器、传感器开辟了一种新的技术途径。ELSPs可广泛应用于微波和太赫兹频段的高Q值谐振器、高灵敏度传感器以及介质谐振器和滤波器的小型化中。

    近日,上述工作以“通过结构色散模拟局域型表面等离激元”(Mimicking Localized Surface Plasmons with Structural Dispersion)为题,发表于国际光学领域著名期刊Advanced Optical MaterialsIF7.430),并被编辑选做封面亮点(Front cover)文章。论文第一作者及第一通讯作者为我校电子信息工程学院李茁副教授,合作者包括电子信息工程学院的顾长青教授,新加坡南洋理工大学的罗宇教授和刘亮亮博士后,西班牙马德里自治大学的Francisco J. Garcia-Vidal教授和 Antonio I. Fernández‐Domínguez博士。该研究得到了国家自然科学基金面上项目(No.61871215) “等效表面等离激元的物理机制与器件研究”,江苏省六大人才高峰项目(No.GDZB-009) 等项目的大力支持。

    2017年以来,李茁副教授课题组和新加坡南洋理工大学罗宇教授课题组在表面等离激元领域开展了密切合作,在IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques(IF: 3.176)Physical Review AppliedIF4.808, Advanced ScienceIF12.441)以及Advanced Optical MaterialsIF7.430)等微波、物理和光学国际权威刊物上发表多篇学术论文。

https://ieeexplore.ieee.org/document/7859392

https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.7.044028

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.201800661

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.201970036