基于金属微纳结构局域表面等离激元共振的超薄光波偏振变换器理论及实验研究

偏振是光波的基本属性。偏振变换器是用来改变光波偏振的一种器件，在光通信、光传感、光隔离等领域中具有重要的地位。传统偏振变换器的尺寸在毫米厘米量级，并且组成材料为导电性很差的各向异性晶体，不适应当前电子器件与光学器件集成的迫切需要。.表面等离激元和局域表面等离激元共振是近年来国际上研究十分活跃的一个光学前沿领域。最近几年随着金属微结构加工技术日趋成熟，探索基于表面等离激元和局域表面等离激元共振的微纳光学器件成为研究热点，其目的在于突破传统电子器件与光学器件集成时尺寸和材料上的不匹配限制，将微纳电子器件的高集成度与光学器件的响应快、高容量在纳米尺度上加以融合。本项目拟拓展这一前沿领域的应用范围，在同行和我们自己初步的偏振控制研究基础上，系统研究局域等离激元实现光波偏振变换的物理原理，并以此为基础，理论设计，数值模拟和实验制作基于单层薄膜的金属微纳结构超薄光波偏振变换器。

摘要 本项目系统研究了金属表面等离激元实现光波偏振变换的物理原理，并以此为基础，理论设计、数值模拟和实验制作了基于金属微纳结构的超薄光波偏振变换器。最后，本项目将理论拓展到石墨烯材料领域, 研究了基于石墨烯表面等离激元的中远红外波偏振变换方法。得到的相关研究成果如下：.(1) 提出了基于普通反射与金属局域等离激元共振反射叠加控制光波偏振的基本物理思想，此原理可以扩展到其他金属局域等离激元共振结构和其他类型的共振结构，并且也可以扩展到透射情况。.(2) 提出了级联光波偏振变换功能和模式选择功能两种纳米结构，构造光单向传输的新机理; 按照此机理,利用亚波长周期结构对空间空间光偏振和传播方法的选择与转换功能, 实现了通讯波段光波的单向传输。.(3) 拓展研究了石墨烯的光电子学特性和偏振特性, 提出了基于石墨烯的电控起偏器、偏振轴电可控起偏器和半波片等。.总之，本自然科学基金面上项目系统研究了基于金属等离激元共振实现纳米尺度光波偏振动控制的理论和方法, 并进行了实验验证, 同时也将理论拓展到了石墨烯材料体系； 共发表SCI学术论文27篇，, 其中发表在影响因子大于3的国际一流专业期刊16篇(Scientific Reports 2篇, Applied physics letters 1篇，Optics letters 9篇，Optics Express 3篇) ；申请国家发明专利1项。