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来源:Super User     发布日期:2016年12月05日   |    关注:1121

 

(a)二次谐波示意图(b)Splitdisk样品图片(c)splitdisk在不同偏振方向下激发的二次谐波的强度(蓝色线,偏振方向垂直于间隙;红色线,偏振方向平行于间隙)与激发波长的关系以及与完整圆盘(黑色线)的对比,(d)二次谐波产生波段近场增强示意图。

 

       近日,我校机械与运载工程学院段辉高教授研究组与香港理工大学及太原理工大学的研究人员合作开发出一种可用于近红外波段二次谐波增强的劈裂盘(Split disk)微纳金属结构,成果日前以“Pronounced Fano Resonance in Single Gold Split Nanodisks with 15-nm Split Gaps for Intensive Second Harmonic Generation” (DOI: 10.1021/acsnano.6b05979)为题在线发表在纳米科技领域顶级期刊ACS Nano(2015年影响因子:13.3)上。

 

       作为一个多方合作项目,段辉高教授研究组提出了项目的初始设想并负责了结构的加工,香港理工大学雷党愿教授课题组负责了全部线性及非线性光学的测试、太原理工大学刘绍鼎教授协助完成了所有的光学仿真并对机理分析做出了重要贡献。段辉高教授的研究生张轼、陈艺勤及香港理工大学李光灿同学作为共同第一作者负责了项目了具体实施,段辉高教授、雷党愿教授、刘绍鼎教授作为论文的通讯作者指导了研究工作的实施,我校为该论文的第一通讯单位。


       二次谐波(second harmonic generation, SHG)是非线性光学中一种常见的现象,即能量为ħω的光子与非线性物质相互作用,产生能量为2ħω的光子(图1a)。这种现象最初由密歇根大学Peter Franken等人于1961年发现。提高二次谐波的效率是该现象进行广泛应用的基础。由于二次谐波的效率与入射光强的平方成正比,因此更加局域的光可显著提高二次谐波的效率。光与金属纳米结构相互作用能够产生表面等离激元共振,其导致的近场增强能够有效地增强二次谐波。当把金属结构做成拥有极小间隙的非对称形状时,由极小的间隙带来的近场局域以及其中产生的Fano共振现象可使近场强度显著增大,这些性质使得其在非线性光学中拥有广泛应用。


       基于上述原理,合作研究团队设计出一种非对称形状的劈裂盘结构(图1b),其优势在于利用段辉高教授研究组近期开发的线描轮廓曝光工艺加工出极小的间隙并产生显著的Fano共振从而获得极强的近场增强,使得二次谐波的效率大大提高(图1c,d)。此外,相比于其它Fano共振系统,劈裂盘的光学性质更容易调控,集成度也可以做的更高,其作为光学器件在非线性光学及传感方面将有着广阔的潜在应用前景。

 

       据悉,依据独立开发的线描轮廓加工工艺,本工作已经是段辉高教授研究组2016年在该方向上的第四篇高水平论文,前三篇分别发表在Nano Letters、ACS Nano、Nanoscale上。本工作的顺利完成展示了线描轮廓加工工艺在大面积跨尺度微纳结构加工及相关应用方面具有不可替代的优势,也为下一步开发先进光学系统零部件打下了基础。


       本研究的样品制备在我校的微纳加工公用平台上完成,并得到了国家自然科学基金、香港研究资助委员会、全国百篇优秀博士学位论文作者专项资金、湖南省杰出青年科学基金以及山西省青年学术带头人支持计划等项目的支持。

 

论文链接:http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.6b05979

 

责任编辑:李妍蓉

 

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