太赫兹等离子激元亚波长光子学的基础研究

表面等离子激元(SPPs)的优良特性使得电磁波在亚波长尺度的定位和操控成为可能，这会导致纳米制备及发展超小型集成光子器件与系统的突破性进展。太赫兹波（0.1-10THz）信噪比高，对很多光学非透明材料穿透性好，是非电离辐射，可以显示化学与生物威胁性分子的特征，在很多学科都有广泛应用。本项目提出利用高分辨太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术研究THz SPPs金属亚波长结构并予以表征，研究太赫兹波段SPPs和局域表面等离子激元(LSPPs)的谱域和时域特性,尝试新的可调谐THz SPPs，深入研究THz波段的各种基于亚波长结构的SPPs特性，在Fano理论模型分析的基础上建立THz亚波长周期结构的复合波（HW）理论模型。本项目尝试进行亚波长孔阵列潜在应用于生物传感的概念验证，长期目标是研制能集成到应用于光电子学,生物传感和通信领域的小型平台的二维或三维THz等离子激元的准光学器件。

太赫兹波（0.1-10THz）信噪比高，对很多光学非透明材料穿透性好，是非电离辐射，可以显示化学与生物威胁性分子的特征，在很多学科都有广泛应用。表面等离子激元(SPPs)的优良特性使得电磁波在亚波长尺度的定位和操控成为可能，这会导致纳米制备及发展超小型集成光子器件与系统的突破性进展。本项目提出利用高分辨太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术研究THz SPPs金属亚波长结构并予以表征，研究太赫兹波段SPPs和局域表面等离子激元(LSPPs)的谱域和时域特性,尝试新的可调谐THz SPPs，深入研究THz波段的各种基于亚波长结构的SPPs特性，在Fano理论模型分析的基础上建立THz亚波长周期结构的复合波（HW）理论模型。本项目尝试进行亚波长孔阵列潜在应用于生物传感的概念验证，长期目标是研制能集成到应用于光电子学,生物传感和通信领域的小型平台的二维或三维THz等离子激元的准光学器件。重要结果、关键数据及其科学意义包括以下四个方面。（1）设计、制备并表征了具有基于强最近邻耦合增强的高折射率太赫兹特异表面结构材料，灵活独立的Z形太赫兹特异表面结构基于强耦合，在0.315太赫兹所达到的峰值折射率为14.36.我们提出的柔性支撑Z型特异表面结构可以进一步提高设计灵活性以便使太赫兹波段的隐身装置延迟线或梯度折射率透镜制作简单。强耦合诱导峰值折射率增强的概念也可以延伸到其他频率范围实现高折射率响应。（2）面向实用太赫兹滤波器和传感器的综合研究，详细讨论了具有尖峰共振特性的膜介质特异材料谐振器。对依赖于膜厚度的传感应用研究表明，具有10到50 μM适度厚度的高品质因数膜介质特异材料最有希望用来研发理想的高性能集成太赫兹滤波器和传感器。（3）利用透射式太赫兹时域光谱技术平台实现了基于主成分分析和支持向量机的冰片鉴本研究表明主成分分析结合支持向量机方法对冰片太赫兹光谱具有很好的分类和鉴别效果，为冰片等中成药剂的种类鉴别提供了一种新思路。（4）利用拉曼光谱技术，获得了天然冰片、合成冰片和异龙脑的拉曼光谱，发现合成冰片和异龙脑在627.95 cm-1、726.3 cm-1、786.09 cm-1、857.44 cm-1处出现拉曼谱峰，而天然冰片没有,因此可以作为区别天然冰片与合成冰片的指纹谱。此项研究表明,拉曼光谱技术可作为鉴别天然冰片和合成冰片的一种新方法。