【摘 要】
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在微纳米光子学领域,电磁“热点”（电磁场的强局域）一直是光学功能器件实现的重点。因此,它受到了众多国内外光学领域研究者们的关注。相比较于表面等离激元,声子激元内在光学损耗低,且具有较长的声子寿命,从而弥补了表面等离激元在光学波段的内在缺陷,这有利于电磁“热点”的进一步实现。因此,探究声子激元的激发与调控是必要的。随着微纳米结构技术的进步与发展,超表面的出现为探究红外声子激元的激发和调控提供了新的研
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在微纳米光子学领域,电磁“热点”（电磁场的强局域）一直是光学功能器件实现的重点。因此,它受到了众多国内外光学领域研究者们的关注。相比较于表面等离激元,声子激元内在光学损耗低,且具有较长的声子寿命,从而弥补了表面等离激元在光学波段的内在缺陷,这有利于电磁“热点”的进一步实现。因此,探究声子激元的激发与调控是必要的。随着微纳米结构技术的进步与发展,超表面的出现为探究红外声子激元的激发和调控提供了新的研究平台。基于此,本课题提出了两种激发和调控声子激元的方法。第一,通过设计等离子体体系的超表面结构调控声子激元;第二,通过设计金属/介质超表面结构激发和调控表面声子激元。这为进一步发展低损耗红外光学器件提供了新的思路。本文主要包括以下三个工作。1.金属/介质薄膜中声子模式的空间热辐射特性和各向异性。首先,在实验上利用等离子体增强化学气相沉积系统等微纳结构制备手段,制备了Si/Al（金属）/Si O2薄膜（介质）结构和Si/Si O2薄膜（介质）结构,并利用自行搭建的傅里叶红外光谱仪对样品进行热辐射光谱测试。接着,结合FDTD Solutions软件对这两种样品进行反射谱、透射谱和吸收谱模拟计算,发现金属/介质结构更有利于声子模式的激发和调控。为了进一步探究声子模式的内在禀性,本课题组利用傅里叶红外光谱仪对Si/Al/Si O2薄膜进行了热辐射转角测试,探究了声子模式的空间热辐射特性和各向异性。这有助于红外光学器件的开发和利用。2.金属/介质薄膜中纵光学波声子的激发和调控。在第一个工作的基础上,本课题组设计了Si/Al（金属）/Si O2薄膜（介质）/Al光栅（金属）。在实验上,利用电子束蒸发等微纳米结构制备手段制备出样品,并利用傅里叶红外光谱仪对样品进行热辐射光谱测试。然后,结合FDTD Solutions软件对样品进行吸收谱模拟仿真,以及结合MATLAB对样品进行双耦合谐振子模型模拟计算。证实了磁偶极子共振模式与纵光学波声子模式发生强烈耦合,使得纵光学波声子模式在电磁波正入射下产生强辐射。另外,发现表面晶格共振与纵光学波声子模式耦合后,不仅没有激发纵光学波声子模式,反而使得表面晶格共振模式发生湮灭现象。这为开发低损耗材料和场强局域材料开辟了新的道路。3.复合极性介质超表面中表面声子激元的激发和调控。在前两个工作的基础上,本课题组利用FDTD Solutions软件设计了复合极性介质的Si/Al（金属）/Si C薄膜（介质）/Si O2光栅超表面结构。由于金属/介质结构的存在,使得表面晶格共振模式随着结构参数的变化逐渐红移,并与表面声子激元、磁偶极子共振和横光学波声子模式发生四模式耦合。这种耦合形式极大地拓宽了表面声子激元的调控波段,从而扩大了表面声子激元的应用波段范围。这为基于表面声子激元的红外光学器件提供了新的思路。
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