基于超分辨聚焦成像用途的纳光子结构的近场倏失波放大研究

该项目研究近场倏失波的放大方法及其在纳光子器件中的应用。具体方法是通过三价Er离子在玻璃基底表面的掺杂实现近场倏失波的放大，使倏逝波中含有的高空间频率成分在空间的传播距离亦相应地随之增大。将其应用到纳光子器件的光束操控中，可使近场倏失波离开金属膜表面后在自由空间的传播距离由常规的200纳米左右增大到一个波长甚至微米量级，近而带动其高频成分沿传播方向的衰减距离也增加至微米量级，从而解决聚焦成像型纳光子器件在远场的超分辨问题，实现完整物理意义上的远场超分辨，即空间分辨率突破衍射受限的成像或聚焦。研究内容分为三价Er离子掺杂基片制备、纳光子器件的设计、制作、及光学表征四个部分。该方法的实现将突破目前纳光子学研究中困扰许久的"如何把近场倏失波延伸到远场"难题，对纳光子器件在远场的超分辨成像、传播及传感具有重要的理论意义；同时可加速纳光子器件的研究尽快由基础走向实际应用，具有巨大的、潜在的市场价值。

该项目研究了近场倏失波的放大方法及其在纳光子器件中的应用。通过三价Er离子在玻璃基底表面的掺杂实现近场倏失波的放大，使倏逝波中含有的高空间频率成分在空间的传播距离亦相应地随之增大。将其应用到纳光子器件的光束操控中，可使近场倏失波离开金属膜表面后在自由空间的传播距离由常规的200纳米左右增大到一个波长甚至微米量级，近而带动其高频成分沿传播方向的衰减距离也增加至微米量级，从而解决聚焦成像型纳光子器件在远场的超分辨问题，实现完整物理意义上的远场超分辨，即空间分辨率突破衍射受限的成像或聚焦。研究内容共分为：三价Er离子掺杂基片制备、纳光子器件的设计、制作、及光学表征四个部分。. 我们分别采用了溶胶凝胶法和离子束植入法实现三价Er离子在基片中的掺杂，前者相比后者对样片的制备难度较大。在此基片基础上利用聚焦粒子束加工了椭圆环形图案的纳光子结构，经过近场实验表征，结果表明由于三价Er离子掺杂起到的上转换效应，最终可使样片表面产生的SPP表面波沿垂直表面方向的传播长度从原来没有三价Er离子掺杂的普通基底情况的200纳米延长至~500纳米。从而在实验上实现了对近场倏失波的放大的效果。. 该方法的实现突破了目前纳光子学研究中困扰许久的“如何把近场倏失波延伸到远场”难题，对纳光子器件在远场的超分辨成像、传播及传感具有重要的理论意义；同时可加速纳光子器件的研究尽快由基础走向实际应用，具有巨大的、潜在的市场价值。. 完成项目过程中共发表SCI检索论文27篇，中文专著一部。