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无偏振依赖的表面等离激元定向激发

 北京大学“介观光学与飞秒光物理创新研究群体”陈建军研究员和龚旗煌院士等提出利用金属尖端上的局域热点解决表面等离激元激发的偏振依赖难题,在实验上实现了无偏振依赖的表面等离激元定向激发,并且为芯片内局域表面等离激元和传播表面等离激元提供了连接桥梁。该研究结果近期发表在光学领域重要期刊Laser & Photonics Reviews上,并被选为同期的内封面(Inside Front Cover)文章。(Jianjun Chen, Chengwei Sun, Kexiu Rong, Hongyun Li, and Qihuang Gong, "Polarization-free directional coupling of surface plasmon polaritons," Laser & Photonics Reviews 9, 419-426, 2015)

 表面等离激元(SPPs)能突破光的衍射极限,因此在纳米光子学领域引起了广泛的研究兴趣。由于表面等离激元固有的偏振依赖特性(TM偏振模式),只有p偏振光才能激发表面等离激元,而实现s偏振光定向激发表面等离激元是一个很大的难题。研究论文提出用s偏振光先激发金属尖端上的局域热点,然后利用局域热点与传播表面等离激元的之间的耦合在实验上实现了s偏振光定向激发表面等离激元。该工作从根本上解决了表面等离激元激发的偏振依赖难题,在亚波长表面等离激元波导上实现了无偏振依赖(p偏振和s偏振)的表面等离激元定向激发。该无偏振依赖的表面等离激元定向激发器保留了s偏振光的能量和信息,因此在深亚波长尺度下的全光信息处理回路中具有重要应用。

 另外,课题组基于该亚波长表面等离激元波导,通过双缝干涉或准柱面波的调制,在实验上实现了超宽带的表面等离激元激发(Nanoscale 6, 13487-13493, 2014; Scientific Reports 5, 11331, 2015)。此外,课题组利用该波导在实验上实现了超小的波长分束器(Optics letters40, 685-688, 2015)和亚波长传感器(Analyst 2015, DOI: 10.1039/c5an00935a)。其中发表在Nanoscale的工作被选为同期的封底文章。

 这些研究工作得到国家973项目,国家自然科学基金委、人工微结构和介观物理国家重点实验室及量子物质2011科学协同创新中心的支持。

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