新型平面手征纳米结构及其强旋光性机理研究

利用大旋光性的人工结构来控制光的偏振态是光子学的关键问题之一，而最近发展起来的周期性亚波长平面手征超常介质(Planar Chiral Metamaterials, PCM)具有很大的旋光性。目前国内外尚无利用手征结构来实现光频段圆偏振光负折射率的实验报道。本项目拟从理论分析、数值模拟和实验上，比较系统地研究结构形状、几何参数和材料参数等对单层和双层手征纳米结构中旋光性和圆二向色性的影响规律，阐明表面等离子体共振对增强旋光性的具体作用机理，优化设计并用电子束光刻等技术手段研制出新型的在光频段具有极强旋光性（达到10000 /mm）甚至负折射率特性的周期性平面手征纳米结构，并测试表征它的旋光性、圆二向色性等光学特性。本项目的研究成果将具有重要的学术意义和应用价值，在光电子学、通信和纳米技术等领域有广泛的潜在应用前景，如应用于亚波长成像、光存储、偏振旋转器、波片等。

利用大旋光性的人工结构来控制光的偏振态是光子学的关键问题之一，而最近发展起来的周期性亚波长平面手征超常介质(Planar Chiral Metamaterials, PCM)具有很大的旋光性。本项目对各种平面手征超常介质结构进行了优化设计和数值模拟，包括“L”形手征介质结构、折线形手征介质结构、金属线构成的新型双层平面手征结构、新型的纳米级旋转共轭希腊十字型手征结构、新型的四重对称性的工作波长在光波段的双层手征结构等，其中设计的最大的旋光度高达1070000°/mm。阐明了表面等离子体共振对增强旋光性的具体作用机理。实验上用电子束光刻研制了周期性平面手性纳米结构样品，并进行了旋光性等特性测试。研究结果为新型光学功能材料的制备和应用提供了科学依据，具有重要的学术价值和现实意义，特别是对于研制红外通信波段具有负折射率的材料具有重要的意义，在亚波长成像、光信息存储、隐身衣、光通信等方面有广阔的应用前景。本项目对平面手征结构的不对称传输特性进行了研究；对各种由超常介质组成的波导模式特性进行了深入的研究，包括零折射率手征介质包层光纤和四层平板波导、手征负折射率介质包层光纤、单轴手征介质光纤和单负超介质光纤等，研究结果在新颖光纤器件、新型波导器件中有应用前景。项目还对单轴手征介质中的负折射、各向异性手征负折射介质表面和介质平板对电磁波的反射透射特性、超常介质在隐身斗篷中的应用等进行了研究。. 根据研究结果撰写了30余篇学术论文，发表在《Progress In Electromagnetics Research》(4篇，SCI收录，影响因子5.298，一区)、《Optics Communications》(SCI收录，影响因子1.486，三区)、《Chinese Physics B》(2篇，SCI收录)、《Chinese Optics Letters》(SCI收录) 等国内外重要学术期刊上，其中SCI收录论文15篇，EI收录论文8篇，已被SCI引用90余次，获得1项发明专利、2项实用新型专利授权。