近红外和可见光区Metamaterials的制备及应用研究

负折射率材料（Metamaterials）是微纳光子学方向的一个研究热点，负折射率材料可以用于降低光电子器件的尺寸，用于制备无衍射极限的超透镜等。但是在可见光区和近红外区的负折射率材料却很难制备，更不必说对它的特性的实验了解。本申请项目研究利用胶体微球模版法制备近红外和可见光区的负折射率材料的工艺原理、过程，优化制备负折射率材料的工艺参数。设计存在负折射率的各种金属双圆柱对及金属-电介质-金属双圆柱对复合结构等的相关参数，制备出负折射率材料。利用近场光学显微镜研究负折射率材料的近场光学特性，探索局域等离子体和光场的相互作用原理。研究局域等离子体效应对Raman散射效应的增强作用；研究局域等离子体对界面非线性效应的增强作用，比如界面和频效应等；并探索这种效应的物理原理和相关的应用。这将促进可见光区负折射率材料制备工艺的发展，对深入了解负折射率的产生机理以及开拓负折射材料的应用有重要意义。

在基金的实施期内，我们取得的主要成果如下：1）发展了一种倒置微球模板法制备技术，并将此应用到各种表面等离子体微纳结构的制备中，设计并制备了一种具有超小模体积的非平面银纳米弧沟道阵列，其沟道的大小可以从10纳米到数百纳米可调，可应用于表面增强的Raman散射以及量子点和微腔的强相互作用研究；设计并制备银纳米嘴阵列，并提出可以通过弹性体PDMS的溶胀和收缩调控银纳米嘴的等离子体谐振频率。2）利用多光束相干方法制备了一种蘑菇形局域表面等离子体阵列，作为折射率探测器，其品质因子达到了100，接近当前商用的基于传播的表面等离子体折射率传感器的理论极限。3）在理论上，设计了一种和入射光方向不敏感、偏振无关的基于奇异材料的偏振旋转器；同时在周期性金属孔阵中发现了一种由表面等离子体激子（SPP）和局域表面等离子体激子（LSP）引起的Rabi劈裂现象，同时解释了异常透射抑制现象。已发表SCI论文11篇，其中影响因子5以上2篇，获国内授权发明专利4个。总的来说，我们很好地完成了课题的任务，发展了制备在可见光区和近红外区工作的Metamaterials的工艺，制备了多种新结构，并实现局域等离子体模的调谐。同时我们发展了一种新型的局域等离子体折射率探测器，可望在生物分子的探测中得到广泛的应用。