超薄结构人工表面等离激元传输与局域特性研究

Textured metal surface supports propagation and localization of spoof surface plasmon (spoof SPP). It can break the diffraction limit of electromagnetic wave to achieve subwavelength plasmonic components, showing great application prospects and scientific significance in microwave, terahertz and far-infrared frequency regime. We will theoretically and experimentally investigate the spoof SPP's propagation and localization characteristics on textured thin metal strips (film): 1. Explore the physical mechanism of spoof SPPs effectively bounded to and propagating along structured thin metal strips, investigate the relationship between the characteristic parameters of propagation distance, bound strength, bending loss, with the structural parameters, and design spoof SPP based direction coupler, ring resonator, etc. subwavelength plasmonic components. 2. Study the resonance characteristics of localization spoof SPP on textured thin metal sheet, and explore the physical mechanism and its application in high sensitivity sensors. By detailed investigate the new features and new phenomenon of the spoof SPP on textured thin metal strip(film), we'll try to reveal the intrinsic physical mechanism and laws of spoof SPP, and obtain the key technology and new methods to design, fabricate, experimental characterize the plasmonic functional devices based on spoof SPP.

结构化金属表面支持人工表面等离激元（ SPP）的传输和局域化，可以突破电磁波的衍射极限实现亚波长等离激元器件，在微波、太赫兹和远红外具有重大科学意义和应用前景。本课题从理论和实验两方面探讨结构化薄金属条（片）上SPP 的传输和局域特性。具体包括：1. 研究结构化薄金属条有效束缚和传输人工SPP的物理机理，探讨传输距离、束缚强度、折弯损耗等特征参数与结构参数之间的关系，设计基于 人工SPP的方向耦合器、环形谐振腔等亚波长等离激元器件；2. 研究结构化薄金属片对 人工SPP的局域特性，分析局域 SPP的谐振特性，探讨其物理机理及其在高灵敏度传感器等方面的应用。通过系统分析结构化薄金属条（片）上人工SPP的新特征和新现象，揭示其内在物理机理和规律，获得从设计、制备、和实验表征基于人工SPP 的等离激元功能器件系列关键技术和新方法。

表面等离极化激元（SPP）是一种特殊的表面波模式，对电磁波具有亚波长束缚能力和场增强特征，仅存在于正、负介电常数媒质的交界面上。在光波段，由于金属的介电常数为负，因此金属表面可支持SPP模式。SPP的激发、耦合和传输所引起的丰富的光学性质是当今光学领域的研究热点之一，在光子芯片、新型光源、突破衍射极限的高分辨率成像等方面具有广阔的应用前景。然而，在低频（远红外、太赫兹、微波）情况下金属近乎为完美电导体，因此很难激励起SPP波。结构化金属表面支持人工表面等离激元（ SPP）的传输和局域化，可以突破电磁波的衍射极限实现亚波长等离激元器件，在微波、太赫兹和远红外具有重大科学意义和应用前景。在自然基金的支持下，本课题从理论和实验两方面探讨结构化薄金属条（片）上SPP 的传输和局域特性。具体包括：.1..研究了金属条带结构上人工表面等离激元传输特性，在该传输结构基础上，通过引入开口谐振环以及变容二极管，我们设计了多种滤波器结构，通过引入不同尺寸开口谐振环和加载变容二极管的谐振环，实现了人工表面等离激元带阻滤波以及可调带阻滤波的效果，并且通过实验验证了其滤波特性。研究发现通过调整谐振腔的尺寸可以实现多波段带阻滤波，通过在变容二极管两端加载电压可以快速调节滤波频率。.2..设计了一种基于U形腔的多波段表面等离激元滤波器，用谐振腔理论分析了其滤波的物理机制；此外，还研究了两个U形腔之间的耦合特性，通过改变耦合距离实现对人工表面等离激元滤波特性的有效调控。人工表面等离激元滤波特性的研究在等离激元集成电路及信号处理领域具有潜在的运用价值。.3..研究了螺旋结构单元和螺旋结构二聚体的局域表面等离激元共振形式和耦合规律，并用等离激元杂化理论加以解释。利用人工表面等离激元的杂化效应可以显著提高传感器的传感质量因子，这为基于超材料的高灵敏传感器的结构设计提供了新的思路。