表面等离激元超晶格超表面调控光学Fano共振及其在Raman检测中的应用
批准号:
12074267
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
汪国平
依托单位:
学科分类:
微纳光学与光子学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
汪国平
中文摘要
光学Fano共振在生化传感、纳米激光器、光学信息处理等领域具有巨大应用潜力。但Fano共振的同相位超辐射模式与反相位亚辐射模式一般很难独立调控,导致Fano共振线型和光谱位置的调控受到极大限制。本项目拟通过构筑一类表面等离激元超晶格超表面结构,研究超晶格结构中的表面等离激元、宽带超辐射模式与窄带亚辐射模式的激发。围绕近场反相耦合/远场同相耦合与亚辐射模式/超辐射模式之间的关联这一关键科学问题,分析单元结构内的偶极子耦合间距(局部周期)与窄带亚辐射模式的光谱位置之间,以及超晶格结构中单元与单元之间的耦合间距(长程周期)与宽带超辐射模式光谱位置之间的依赖关系,获得利用超晶格结构独立调控两种模式的光谱位置的方法,掌握调控由二者干涉形成的非对称Fano共振线型和光谱位置的规律。以此为基础,探索Fano共振谱的可调性与各种Raman分子的特征谱的匹配关系,研究其在Raman检测中的应用。
英文摘要
Optical Fano resonances show great application potentials in bio-chemical sensing, nanolasers, and optical information processing and so on. However, both in-phase superradiant mode and out-of-phase subradiant mode of Fano resonances are generally hard to control independently, leading to serious limit to manipulate the lineshapes and spectral positions of Fano resonances. This project plans to study the excitations of plasmons, broadband superradiant modes, and narrowband subradiant modes in a kind of surface plasmonic superlattice metasurfaces. To solve the key scientific problem: essential relations between in-phase near-field coupling and subradiant modes as well as ou-of phase far-field coupling and superradiant modes, we will analysis the dependence of spectral positions of subradiant modes on the coupling distance ( local period) between diploes in the unit cells, and that of superradiant modes on the coupling distance (global period) between the unit cells of the superlattices, so as to get the method to independently control the spectral positions of two modes by using geometric parameters of the superlattices, and understand the rule of manipulating the asymmetric lineshapes and spectral positions of Fano resonances formed by interference of the two modes. In terms of the above, we will search for the applications of Fano resonances in Raman detection by using the tunability of Fano resonances to match the feature spectrums of various Raman molecules.
人工微结构在有效调控光学共振等多种光学效应及其在生化传感、新型光子器件等领域具有巨大应用潜力。本项目围绕等离激元超晶格超表面等各种人工微结构调控Fano共振、局域场增强、光热、光声效应,开展Raman信号检测、指纹谱识别、辐射制冷应用等方面进行了较为深入的研究工作,取得了有一定科学和技术意义的研究成果,发表高水平研究论文38篇。主要代表性工作如下,(1)通过精确调控Fano共振线型与Raman光谱的匹配,将Raman特征光谱信号强度提高了一个数量级。基于局域等离激元场增强效应,获得特征信号强度远高于背景信号的THz指纹谱。(2)同时利用等离激元纳米结构的光热效应诱导出的高频局声学振动和皮秒超声波,实现活体细胞粘弹性动力学的两种检测方法。此外,通过仿生结构调控光热效应的辐射制冷原理,首次将彩色物体的温度冷却到环境温度以下。(3)基于准连续谱中的束缚态,突破传统单层结构理论吸收极限,实现单层结构单频、双频等高品质因数窄带近完美吸收。通过进一步引入新的时间维调控,初步发现时变超材料在增透和减反、宽带频率转换、时间边界处的衍射等方面展示出一系列新奇的物理效应。研究成果在医学诊断、集成芯片、节能减排、新型光电器件研制等众多领域具有潜在的应用前景。部分成果分别被期刊编辑选为“编辑推荐”、或被New Scientist、Phys. Org.、Opt. Photon. News等多家科技媒体大篇幅报道,项目组成员也被邀请撰写综述论文。
高效调控大角度范围入射光场超表面的物理基础、条件及应用
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批准号:11734012
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项目类别:重点项目
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资助金额:328.0万元
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批准年份:2017
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负责人:汪国平
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依托单位:
可见光波段远场纳米光成像学器件:原理与验证
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批准号:11574218
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项目类别:面上项目
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资助金额:74.0万元
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批准年份:2015
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负责人:汪国平
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依托单位:
国内基金
海外基金