张家森教授研究组表面等离激元器件研究新进展

利用对表面等离激元(surface plasmon polaritons, SPP)的操控实现纳米光子学器件是目前光学研究的一个热点，有望实现新一代信息技术的微型化和光子集成。人们通常利用在金属膜上制备散射结构对SPP的波前进行调控，但这种方法精度低，不能直接调控相位，难以实现丰富的功能。为了解决这些问题，张家森教授提出了在金属膜上制备耦合结构，通过对耦合结构的设计在实现光与SPP耦合的同时获得对SPP的强度和相位的调控。这种方法不但实现了对SPP的高精度的波前调控，而且可以实现光子学器件所需要的多种功能。

最近，张家森教授研究组博士生赵乘龙等利用这种思想设计并成功实现了基于SPP的波分复用器，为实现基于SPP的大容量光通信集成迈出了关键一步。他们在金膜上设计了弧形特殊光栅结构，同时将这些结构分布在罗兰圆上。这种设计可以同时实现三个功能：(1) 远场光到SPP的转换；(2) 对不同波长的SPP进行分光和聚焦；(3) 将不同波长的光耦合到不同的SPP波导。不但获得了波分复用功能，而且有效解决了SPP器件与基于光纤的传统器件的耦合问题，为SPP器件和集成提供了方法和思路。该结果于10月6日发表在纳米科技领域的国际著名杂志《ACS Nano》的网络版上http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nn101334a (Chenglong Zhao and Jiasen Zhang*, ACS Nano, 2010)。《ACS Nano》的影响因子IF = 7.493。

张家森教授研究组还利用上述思想由博士生王家园、赵乘龙和张伟伟等分别实现了三维远场光到二维SPP间的成像[Jiayuan Wang et al., Appl. Phys. Lett. 94, 081116 (2009); Opt. Express 18, 6686-6692 (2010)]、SPP的多焦点聚焦[Chenglong Zhao et al., Appl. Phys. Lett. 94, 111105 (2009)]、SPP二元光学[Chenglong Zhao et al., Opttics Letters, 34, 2417 (2009)]和SPP点源阵列[Weiwei Zhang et al., Optics Express 17, 19757 (2009)]，从而证明了这种方法的广泛应用前景。

这些研究工作得到了国家自然科学基金委重点和面上项目、科技部973计划、教育部博士点基金以及人工微结构和介观物理国家重点实验室自主科研项目等的大力资助。