微结构光纤表面等离子体谐振和局域场增强及其应用研究

目前如何有效利用表面等离子体的电磁谐振和局域场增强特性，进行动态调控和裁剪金属微结构的表面等离子体性能是一个非常重要的研究方向。本项目拟进行微结构光纤表面等离子体谐振和局域场增强效应及其应用的研究。区别于传统在衬底上直接制作金属微结构的方法，提出一种在光纤上制作金属微结构的新方法，先制作端面具有图案的微结构光纤，以其为模板，在微结构光纤的端面溅射金属，形成金属微结构。在光纤端面设计并模拟各种微结构，实现谐振频率和局域场增强位置及强度的可调控性。基于设计的参数，制作微结构光纤，测试其表面增强拉曼探测的单分子探测性能。为了实现谐振频率和局域场增强的进一步动态调控，在微结构光纤的金属层上增加非线性材料或者一维非线性光子带隙材料，利用其进行光学双稳态和全光开关的理论和实验研究。我们希望通过本项目的开展，争取在国际上该领域的研究中形成自己的特色和优势。

目前如何有效利用表面等离子体的电磁谐振和局域场增强特性，进行动态调控和裁剪金属微结构的表面等离子体性能是一个非常重要的研究方向。本项目拟进行微结构光纤表面等离子体谐振和局域场增强效应及其应用的研究。在光纤端面设计并模拟各种微结构，实现谐振频率和局域场增强位置及强度的可调控性。基于设计的参数，制作微结构光纤，测试其表面增强拉曼探测性能。为了实现谐振频率和局域场增强的进一步动态调控，在微结构光纤的金属层上增加非线性材料或者一维非线性光子带隙材料，利用其进行光学双稳态和全光开关的理论和实验研究。.通过课题的实施，我们在以下几方面取得了一系列高水平研究成果：（1）提出了由周期性领结和矩形小孔构成的易于在光纤端面制作的复合微结构阵列，实现了间接调控谐振波长和操控局域场，给出了提高微纳结构局域场增强能力和获得均匀近场分布的新方法；（2）提出角向矢量光束同对称性破却纳米环相互作用实现电场和磁场共同增强的新机制，为表面增强拉曼散射提供了新方案；（3）开展了通过金属微结构、石墨烯微结构和金属石墨烯复合微结构进行操控局域近场和远场光学偏振态的研究，实现了光学偏振态的动态调控，提出了基于正交偏振转换型的全光开关；（4）提出一种偏振无关广角的双带和宽带红外近完美吸收平面超材料，研究了其电磁谐振和完美吸收机制，它们易于在光纤端面制作，在局域表面等离子共振传感方面具有重要应用；（5）提出一种偏振无关广角等离子激元诱导透明平面超材料，进一步在关键位置加入热敏氧化钒纳米天线，实现了等离子激元诱导透明的动态调控。应用石墨烯费米能级的可调控性，实现了石墨烯纳米天线等离子激元诱导透明的动态调控；（6）研究了光子带隙材料非线性特性及其应用，提出由一维光子带隙材料和非线性材料构成的复合材料，分析了其透过和光限制性能。