超表面结构对光辐射调控的研究

Recently, manipulating light with metasurface is becoming more and more important and active in nanophotonics. There have been lots of researches on passive metasurface which can manipulate phase, polarization and radiation direction of light. In this project, we are going to research on active metasurface, which manipulate light radiation of the emitter located in the near-field of metasurface. Moreover, we will try to build optical cavity based on metasurface and investigate the light radiation in it which is possible to lasing. We believe the researches of this project will deepen our understanding of metasurface and apply this nanostructures into wider field.

近年来,利用超表面调控电磁场是微纳光子学领域里重要而活跃的研究课题。已有的研究大多集中于被动、无源调控的情况。本项目计划将超表面的研究引入到有源调控的情形，利用超表面独特的远场光调控能力和近场光局域特点，研究其对临近分子辐射的调控作用。进一步，基于超表面结构构建光学谐振腔，用于调控分子发光甚至产生激光。以上研究将进一步加深我们对超表面的理解，拓展其应用的范围。

光学超表面具有灵活多样的光场调控能力，是研究近场光和物质相互作用、发展新型光子器件的良好平台。本项目综合利用多种加工技术制造了金属型的、介质型的以及金属与介质复合的超表面结构。利用这些超表面研究了多模式调控的分子荧光辐射特性、增强拉曼散射；实现了柱矢量光场和艾里光场；发展了新颖的纳米位移感测技术。我们研究了MDM渔网超表面中的电磁模式特点，利用结构中局域等离激元(LSP)模式和磁等离激元(MPP)模式在空间的交叠，实现了对荧光光谱的选择性增强和偏振调控。我们还利用褶皱连续金属薄膜的等离激元共振增强透射性质实现了一种新结构的透明电极，其表面电阻率可以低至1.09Ohm/sq，峰值透过率约85.5%。我们加工了硅纳米柱超表面，利用其几何位相实现了柱矢量光场和艾里光场，Airy光生成效率最高可以达到63%。此外，我们研究了耦合的狭缝光学天线与空间非均匀光场之间的相互作用，利用其中激发的非对称分布表面等离激元光场实现了纳米级的横向位移感测，非确定性测量的位移感测精度达到了0.3nm。以上研究展示了光学超表面在光场调控和新型光子学器件发展方面都具有巨大的应用潜力。