等离激元晶体线性与非线性光学效应的研究

微结构金属材料及有关新光学效应的探索和研究已经成为微纳光子学中最富有活力的新领域之一，进一步深化其基础和潜在应用的研究具有重要意义。我们结合自身的基础和研究特色，在本项目中发展对等离激元晶体构成单元的形貌、结构等进行调控的有效方法，从理论和实验两方面结合系统地研究等离激元晶体与光波互作用的线性及非线性光学效应。揭示局域SP之间及其与扩展SP之间的互作用规律；明确等离激元晶体中二次谐波的产生特性与其构造单元形貌结构之间的内在联系；研究等离激元微腔的结构参数对腔模特性的调控规律，阐明等离激元晶体中受激辐射的特性与机制，为实现纳米激光器阵列奠定基础；研究局域模与衍射波耦合产生新集体效应的物理机制；研究等离激元晶体在传感器及SERS领域的潜在应用。力争取得高水平、有创新性的研究成果，为后续应用研究提供可靠的科学和技术支撑。

金属微纳结构材料的线性和非线性光学新效应的研究是当今的热点课题之一，受到国内外的极大关注。当等离激元共振激发时，金属微纳结构附近的局域电场会得到极大增强，从而显著提高许多光学过程的效率。我们在本项目中主要研究等离激元晶体的制备以及线性和非线性光学特性，取得的主要研究成果及其科学意义包括：1）发展了多种等离激元晶体，如双三角蝴蝶结天线阵列、光学全吸收结构等的制备以及共振调控技术，尤其是成功获得了由包裹有近完美金属壳层的介质核所构成的等离激元微腔，从而解决了以往在实现高品质等离激元微腔方面所遇到的挑战，为今后的应用奠定了实验基础。2）理论上提出了增益介质与高品质等离激元微腔结合，为低阈值等离激元激光器的实现提供了一个新的途径。实验上，在等离激元微腔内部引入荧光物质，揭示了腔模对荧光发射的整形效应，在光路由、荧光传感等方面有重要的应用。3）实现了由结构简单、可调谐性高、成本低廉以及大面积的金属微纳结构构成的多种表面拉曼散射增强衬底，平均增强效果比金属纳米颗粒所能获得的最大拉曼信号增强因子高22倍，从而在表面拉曼散射增强技术方面有着很好的应用前景。