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“飞秒光物理和介观光学”创新研究群体在介观光学研究再获重要进展

 “飞秒光物理和介观光学”创新研究群体龚旗煌教授等人在一个非对称T型狭缝结构单元中观察到表面等离激元类电磁感应透明现象。研究论文于2012年4月3日发表在重要刊物Nano Letters(Jianjun Chen, Zhi Li, Song Yue, Jinghua Xiao and Qihuang Gong, Plasmon-Induced Transparency in Asymmetric T-Shape Single Slit, http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl300659v)。论文的第一作者陈建军博士于2011年7月从北京大学物理学院博士毕业,获北京大学优秀博士论文奖,现在北京邮电大学工作。

 电磁感应透明(EIT)是一种量子干涉效应,具有窄谱的增强光透射,能极大的降低光速,因此在增强非线性、调制和传感等领域具有重要的应用前景。我们知道,表面等离激元(SPPs)具有很强的场束缚,能突破衍射极限,它在纳米光学中引起了极大的研究兴趣。因此,把电磁感应透明现象和表面等离激元结合起来,得到表面等离激元类电磁感应透明 (SPP EIT-like)现象,能极大地提高光子功能器件的性能并提高光子回路的集成度。人们前期的实验工作大部分是在金属阵列结构中实现SPP EIT-like现象,但阵列结构尺寸太大,难以集成。最近,利用单个金属结构单元(非阵列),人们从理论上预示了SPP EIT-like现象。相比阵列结构,单个金属结构单元易于集成。但是,这些结构单元利用的入射光是局域的,从而难以在实验上实现。因此,对于高集成度光子回路,实验上在单个易于制备的金属结构单元中实现SPP EIT-like现象非常必要。

 研究工作设计并制备了单个超紧凑的非对称T型狭缝结构单元(非阵列,footprint只有0.9 μm2),利用大面积入射光,在实验上成功地观察到SPP EIT-like现象,理论和实验符合很好,如下图所示。在非对称T型狭缝中,由于对称性破缺,非对称T型狭缝左右两边的谐振腔散射出来的光反相,导致相干相消,从而实现SPP EIT-like现象。该非对称T型狭缝结构具有尺寸小、品质因子变大、易于加工、便于实验观察等特性,因此在超紧凑的表面等离激元功能器件中具有重要的应用。

  该研究工作得到了审稿人的高度评价。审稿人认为该研究工作设计的非对称T型狭缝结构“易于加工并且容易在实验中观察到SPP EIT-like现象”。另外,审稿人还指出“实验中利用到了大面积的入射光,拓展了SPP EIT-like的物理思想”。

  研究工作得到国家973项目、国家自然科学基金委“创新研究群体”项目和介观物理国家重点实验室自主课题等的资助。

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