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基于等离子体光学效应的调谐结构色器件发展及应用

基于等离子体光学效应的调谐结构色器件发展及应用

  • 分类:行业资讯
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  • 来源:
  • 发布时间:2022-11-24
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基于等离子体光学效应的调谐结构色器件发展及应用

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  表面等离激元是一种在金属与介质交界面处发生的电子集群震荡,是一种由入射光引起的表面电磁波,其特点在于高度局域化。基于表面等离激元实现对微纳光电器件的精准调控成为目前科研热点。本文聚焦在人工微纳结构的光谱调控器件最新进展,综述通过设计不同的微纳结构,改变结构参数,材料属性,机械拉伸柔性衬底等方法对光谱进行精准调控,实现了结构色从静态到动态的调谐改进。可实时动态调谐的滤波器在军事、国防、信息安全等领域拥有广阔的应用前景。

  关键词表面等离激元;微纳光子器件;人工微纳结构;光谱调控;器件设计

  众所周知,大自然为人类的生存和发展提供了不可或缺且丰富多彩的资源,光是其中最重要的资源之一。自然界中由于光的存在,造就了色彩的多样性。色彩可以通过很多机制产生,大多数天然生物的着色都是通过染料色和结构色[1]。染料色主要依赖于化学着色,结构色通常通过特定的几何结构产生,利用周期光子纳米结构单元控制光的传输。自然界中结构色的产生机制给了人们很多启发,比如在长期的进化过程中,自然生物创造了许多可以形成结构色的光子纳米结构,总的来说有一维到三维不同的结构,具体结构中又有纳米光栅,多膜堆叠等不同的设计[2-4]。一维光子纳米结构可以在一些昆虫[5,6],鸟类[7,8],鱼类,植物叶子中找到[9]。二维的自然表面光栅可以用于抗反射,从而提高动物的视觉效率和减少不必要的反射,同时这些二维光栅拥有自清洁能力。除了光栅结构外,二维光子纳米结构还有周期性长纤维的形式。此外,天然宝石蛋白石亮丽的彩虹色是通过三维光子纳米结构产生[10-11]。

  通过对自然界的探索与发现,人类的科学技术一直在进步。从牛顿发现了光的色散,到如今可以自主设计光学器件来获取特定频率的光波,经过科研工作者们的不懈努力,微纳光学器件已经有了长足的发展。利用光子或等离子共振原理研发的纳米结构展现出了新的光学特性,这种新颖的特征在相关的研究领域中展现出了巨大潜力,比如说,相关的近场探测器通过纳米结构设计能够实现超高分辨率的传感或者成像[12-21]。此外吸波器也是一个研究方向,由于其特殊的吸收特性、独特的能量收集转换功能,吸波器可以投入到多种应用中,如光电探测器、热发射器和测辐射热计等[22-28]。当然,微纳光学器件的研究工作并不局限于此,结构色也是近年来备受关注的研究领域。基于自然界中存在的结构色现象,利用纳米结构中的共振特性,一般研究思路是通过设计特定的结构来获取特定的光波。传统滤波器依赖于有机染料,而通过设计微纳结构滤波器,能够产生相对狭窄的共振峰,来过滤或选择特定频率的可见光[29-32],例如金属和电介质相结合的器件结构。更为便捷的是,只需改变结构的几何尺寸就可以实现不同特定色彩的获取。目前来看,自主设计的微纳结构滤波器件能够实现透射或反射特定频率的光波,并且此类器件具有高稳定性,高循环性,可制造性,微纳级尺寸,高空间分辨率等优点[33-41],在高密度光学数据存储、集成光电、信息技术、生物传感、安全监控、国防军事等领域有良好的应用前景。因此,随着当今信息技术及微纳光电领域的快速发展,基于表面等离激元的光学器件基础科研与国防技术需求相结合,为发展有应用前景的军事装备与器件同样具有重要的意义。

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