光电国家实验室太赫兹波段金属表面束缚态模式研究取得进展

日前，光电国家实验室太赫兹光电子学团队在太赫兹波段金属表面束缚态模式方面的最新研究成果。相关成果发表在8月22日自然（Nature）旗下期刊《科学报告》（Scientific Reports）。

此篇题为《金属-介电介质异质结构中碟片散射平板模式的实验验证和研究》（Experimental verification and investigation of disks scattering slab modes in metal-dielectric heterostructures）的论文作者分别为丁岚（共同贡献作者）、王可嘉（共同贡献作者）、王威、朱德峰、殷超云、刘劲松（通讯作者）。

亚波长周期性金属结构在长波段能支持伪表面等离子体（Spoof Surface Plasmons，SSPs）。通过这种表面束缚态模式，可以在突破衍射极限的尺度内对电磁波进行局限和控制。近年来关于SSPs的实验和理论研究层出不穷，人们期望基于这些工作能开发出新型器件，包括表面等离子体芯片，滤波器，以及高分辨率成像等。然而，由于单一亚波长周期金属结构所支持的SSPs能量空间束缚能力较弱，因此它在上述许多实际应用中的工作效果都不够理想。

为了克服传统SSPs能量空间束缚能力较弱问题，该研究团队在具有亚波长结构碟片阵列的金属膜上覆盖一层很薄的介质层，通过测试该亚波长结构金属阵列的太赫兹波反射特性，观测到了一种能量高度束缚的金属表面束缚态模式，理论研究表明这种新模式源于传统介电介质波导模和亚波长结构金属碟片阵列的相互作用。利用等效偶极子方法，计算结果与实验结果符合的很好。该研究系统的证明了在金属-介电介质异质结中存在一类新的金属表面束缚态模式，该模式的最大特性是对入射太赫兹波具有很强的能量束缚特性。该项工作将对新型太赫兹空域及频域控制器件的设计起到重要作用。

该工作得到了国家自然科学基金（10974063, 61177095），湖北省自然科学基金（2010CDA001），教育部博士点基金（20100142110042）和华中科技大学校自主创新基金（2011TS001, 2012QN094, 2012QN097）的支持。