長春理工大學(xué)在手性超表面研究中獲得進(jìn)展
近日,長春理工大學(xué)光電工程學(xué)院微納光子學(xué)實(shí)驗(yàn)室提出了一種雙層手性超表面,理論和數(shù)值模擬顯示,該超表面表現(xiàn)出種全新的光學(xué)手性破缺現(xiàn)象。相關(guān)研究成果發(fā)表在《光學(xué)快報(bào)》上(Optics Express, DOI: 10.1364/OE.25.023051, IF:3.307)。論文第一作者是碩士生趙建行,共同作者有劉智穎教授和周見紅教授。該工作獲得了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和“111”計(jì)劃的支持。 超材料,作為具有超常物理性質(zhì)的一種人工合成材料備受關(guān)注。作為超材料的一個(gè)分支,手性超材料展現(xiàn)出很多超常性質(zhì)。由極化轉(zhuǎn)換二色性發(fā)展而來的非對稱傳輸特性,具體體現(xiàn)為同一種偏振光從相反的兩個(gè)方向正入射,其中一個(gè)方向的入射光會(huì)因?yàn)槌砻嬖诠舱癫ǘ蔚慕徊骜詈闲?yīng)而增強(qiáng)透射,同時(shí)透射光會(huì)因此產(chǎn)生交叉極化轉(zhuǎn)換從而產(chǎn)生入射光的正交偏振態(tài)。而另一個(gè)方向的入射光卻不會(huì)激發(fā)超表面的交叉耦合效應(yīng)而被阻擋。該性質(zhì)可以用于微型偏振調(diào)控器件的制作,是當(dāng)前手性超材料的研究熱點(diǎn)之一。 目前,關(guān)于非對稱傳輸現(xiàn)象的大部分研究都集中在如何提高非對稱傳輸效果上,即研究非對稱系數(shù)的大小。該課題組成員另辟蹊徑,引入超材料的另一種經(jīng)典效應(yīng)——等離激元電磁誘導(dǎo)透明效應(yīng)(plasmonic analogue of electromagnetically induced transparency effect, EIT-like effect),在不打破結(jié)構(gòu)對稱性的基礎(chǔ)上,在一特定狹窄波段上打破非對稱傳輸效應(yīng),取而代之的卻是對稱傳輸效果。 該課題組成員在原本表現(xiàn)出非對稱傳輸效應(yīng)的雙層手性超表面中,添加周期結(jié)構(gòu)的納米棒,在上下兩層中分別激發(fā)相互耦合的亮模和暗模。對于手性結(jié)構(gòu),高損耗的亮模直接與入射光耦合,產(chǎn)生較寬的非對稱傳輸通帶;納米棒的引入,由于近場耦合效應(yīng),可以激發(fā)一個(gè)低損耗的暗模,亮模與暗模的耦合,產(chǎn)生相干相消效應(yīng),抑制了手性場,在非對稱傳輸通帶內(nèi)產(chǎn)生了一個(gè)光學(xué)手性破缺的透明窗口。該手性破缺窗口的波段可以通過改變納米棒的長度自由調(diào)控。由于EIT現(xiàn)象對折射率的高靈敏特性,該超表面既為生物、化學(xué)傳感器的設(shè)計(jì)提供了一個(gè)新路徑,又可將EIT現(xiàn)象引入光學(xué)偏振調(diào)控器件設(shè)計(jì)中。 原文鏈接:https://www.osapublishing.org/oe/abstract.cfm?uri=oe-25-19-23051 ![]() 圖1.(a)超表面的一個(gè)周期 (b)超表面的前層正視圖(c)超表面的后層正視圖 ![]() 圖2. (a)無納米棒的部分結(jié)構(gòu)圖 (b)z方向入射的x和y偏振光的非對稱系數(shù) (c)x和y偏振光的-z方向透過率 (d)T矩陣系數(shù) ![]() 圖3. (a)z方向入射的x和y偏振光的非對稱系數(shù) (b)x和y兩種偏振光的-z方向透過率 (c)T矩陣系數(shù) ![]() 圖4.手性破缺處電場分布 (a)前層有納米棒 (b)后層有納米棒 (c)前層去掉納米棒 (d)后層去掉納米棒 ![]() |