具备超强场束缚能力的小型化人工表面等离激元结构
【东南大学崔铁军教授团队】

 

   在光频段中,金属表面呈现出负介电常数的特征,其与正介电常数材料相互作用时,能够形成一种能量高度束缚的表面波模式,即表面等离激元。尽管这种模式有着巨大的应用前景,但光频段的金属高损耗极大地限制了其发展。应对表面等离激元高损耗的挑战,通过特殊结构的设计,在金属损耗较低的微波频段模拟实现人工表面等离激元模式,并将其广泛应用于科学与工程领域,已经成为了光学及电磁学领域一大研究热点。

   本文提出了一种新颖的超薄人工表面等离激元结构,其在具备超强场束缚能力的同时兼具小型化的优势。传统超薄人工表面等离激元结构的设计通常是在金属带线上刻蚀梳形槽,但为实现场束缚能力的增强,要求较大的结构尺寸,这对其工程应用的推广有着较大的限制。本文在金属带线上设计锯齿状槽状结构,通过本征模分析、全波仿真、实验测试等方法,展示了该结构相比于传统结构具有更低的截止频率以及更紧凑的场型分布,证明了该结构能基于较小的金属线宽实现更强且可控的场束缚能力。从另一个角度看,在场束缚能力需求相同的前提下,使用该结构能够明显缩小人工表面等离激元组件的尺寸。综上所述,本文为微波工程以及人工表面等离激元技术提供了一种全新的设计思路,对于推动人工出表面等离激元的大规模工程应用有着巨大的价值。


图1 (a)锯齿状槽超薄人工表面等离激元结构,(b)传统梳状槽结构。前者的场束缚能力更强,且可通过改变其锯齿状槽的几何参数而灵活调控。

 

研究团队简介
东南大学信息科学与工程学院崔铁军教授团队在电磁超材料和复杂目标及复杂环境电磁散射特性建模方面进行了系统而深入的研究,取得了一批创新性成果。崔铁军教授,教育部长江学者特聘教授,在Science、Nature Communications、PNAS、PRL等国际知名刊物发表论文400余篇。研究成果入选“2010年中国科学十大进展”、美国光学学会“2016年30项重要成果”、中国激光杂志社所遴选的“2016全球光学10大科研突破”、以及自然科学基金“2016年基础研究十大进展”,荣获2011年教育部自然科学一等奖、2014年国家自然科学二等奖、2016年中国光学重要成果奖、2016年军队科学技术进步一等奖、2018年国家自然科学二等奖。

相关论文
 He P H , Zhang H C, Gao X X, Niu L Y, Tang W X et al. A novel spoof surface plasmon polariton structure to reach ultra-strong field confinements.Opto-Electron Adv 2, 190001 (2019).
DOI:10.29026/oea.2019.190001