基于硅纳米粒子-光子晶体纳腔复合结构的亚波长尺度光场调控

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    91950119
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    80.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2206.微纳光学与光子学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Controlling of sub-wavelength light-field is of great significance for accurately constructing novel light-fields, efficiently controlling light-matter interactions, and miniaturizing optical devices. Unfortunately, diffraction limit of light-field makes it difficult to implement the controlling of sub-wavelength light-field. This project proposes to construct a composite structure of a planar photonic crystal nanocavity and a silicon nanoparticle nanocavity, which could provide a platform to study the controlling of sub-wavelength light-field and its far-field scattering. The sub-wavelength resonant modes in the planar photonic crystal nanocavity and plentiful electromagnetic modes in the silicon nanoparticle nanocavity would strongly facilitate the light-field controlling in the composite structure. To achieve these, following major studies will be carried out: (1) Mode-couplings of the sub-wavelength resonant modes in the two nanocavities, as well as the derived novel light-field modes; (2) Modulations of phases and polarizations in the far-field scattering light; (3)As an example, constructing a circularly polarized light-field. Three key scientific problems are required to be solved: (1) Coupling model of the two nanocavities; (2) Determinations of effective dielectric constant and permeability of silicon nanoparticles with different Mie resonances; (3) Precise controllings of phases and polarizations in the far-field scattering light. The novelties of this proposal include: (1) Achieving efficient and precise controllings of the sub-wavelength light-field relying on the couplings between resonant modes of the two nanocavities; (2) Controlling light-field from a new view of modulating its magnetic component with the assistance of the high magnetic permeability of the magnetic dipole in the silicon nanoparticle; (3) Constructing plentiful far-fields by only controlling a sub-wavelength mode based on the multi-degree-of-freedom controllable far-field scattering of the silicon nanoparticle. The results obtained from above studies are expected to not only provide a novel photonic structure for multi-dimensional precise controlling of sub-wavelength light-fields, but also present a routing to miniaturizing and integrating optical devices with functionalities of light-field controlling.
亚波长尺度光场的调控对精准构建新型光场、高效控制光与物质作用、微型化光学器件均有重要意义,但光衍射极限使其实现存在挑战。本项目拟借助平板光子晶体纳腔的亚波长尺度模场和硅纳米粒子腔的丰富电磁模式,通过构建两个纳腔的复合结构,调控亚波长尺度模场及其远场散射。主要研究:①亚波长尺度模场的耦合及衍生的新颖光场模态;②远场散射相位、偏振等的调控规律;③作为案例,构建圆偏振光场。拟解决关键问题是:①两个纳腔的耦合模型建立;②不同Mie共振下硅纳米粒子有效介电常数和磁导率的确定;③远场散射相位和偏振的精准控制。创新点有:①通过纳腔间共振模耦合,高效精准调控亚波长尺度光场;②借助硅纳米粒子中磁偶极子的高磁导率,从磁场角度调控光场;③基于硅纳米粒子多自由度可控的远场散射,仅调控亚波长尺度模场便可构建丰富远场。研究成果有望为亚波长尺度光场多维度精准调控提供新颖光子结构,也为光场调控器件微型化和集成化提供思路。

结项摘要

亚波长尺度光场的调控对精准构建新型光场、高效控制光与物质作用、微型化光学器件均有重要意义,但光衍射极限使其实现存在挑战。本项目拟借助平板光子晶体纳腔的亚波长尺度模场和硅纳米粒子腔的丰富电磁模式,通过构建两个纳腔的复合结构,调控亚波长尺度模场及其远场散射。项目从不同新型光子晶体纳腔的设计、纳米粒子腔与平板光子晶体纳腔构成的复合纳腔上模场耦合规律阐明、新颖亚波长尺度光场模态的揭示、复合结构上远场散射的调控均取得进展,达到了预期目标。. 取得的结果有:①为了选择合适的平板光子晶体纳腔,深入研究了几种二维光子晶体以及光子晶体纳腔的电磁模式、光谱特征、品质因子、模式体积、以及Purcell效应等;设计了新型的平板光子晶体纳腔,包括“切孔型”平板光子晶体纳腔以及拓扑光子晶体腔,为亚波长尺度光场调控提供了更优的纳腔结构;②为了获得新型的高品质因子纳米粒子结构,分别研究了金开口环、硅纳米球、纳米线、纳米粒子链波导以及硅基超表面等一系列光学纳腔器件;基于Mie散射理论,设计了一系列与平板光子晶体纳腔具有良好耦合效果的纳米粒子腔(包括金开口环、硅纳米球)与纳米尺寸的片上激光器(可实现单模激光的超小尺寸纳米线);③进一步,构建了硅纳米粒子腔与平板光子晶体纳腔之间的耦合模型;计算了不同尺寸的硅纳米粒子腔与平板光子晶体纳腔耦合的强弱,分析了耦合模式的不同。④结合以上研究内容,将具有强局域特性的金开口纳腔以及硅纳米粒子与平板光子晶体纳腔集成,在亚波长尺度实现了磁模式响应的片上激发、调制以及偏振可调的矢量光场激发,有效调控了平板光子晶体纳腔模场(包括近场与远场)。. 研究成果有望为亚波长尺度光场多维度精准调控提供新颖光子结构,也为光场调控器件微型化和集成化提供思路。

项目成果

期刊论文数量(23)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Toward high-performance refractive index sensor using single Au nanoplate-on-mirror nanocavity
使用单个金纳米板镜面纳米腔的高性能折射率传感器
  • DOI:
    10.1039/d2nr02201j
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Nanoscale
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Qifa Wang;Liping Hou;Chenyang Li;Hailin Zhou;Xuetao Gan;Kaihui Liu;Fajun Xiao;Jianlin Zhao
  • 通讯作者:
    Jianlin Zhao
Integrating a Nanowire Laser in an on-Chip Photonic Waveguide
将纳米线激光器集成到片上光子波导中
  • DOI:
    10.1021/acs.organomet.9b00551
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Nano Letters
  • 影响因子:
    10.8
  • 作者:
    Ruixuan Yi;Xutao Zhang;Fanlu Zhang;Linpeng Gu;Qiao Zhang;Liang Fang;Jianlin Zhao;Lan Fu;Hark Hoe Tan;Chennupati Jagadish;Xuetao Gan
  • 通讯作者:
    Xuetao Gan
Efficient Second‐Harmonic Generation from Silicon Slotted Nanocubes with Bound States in the Continuum
连续体中具有束缚态的硅开槽纳米立方体的高效二次谐波产生
  • DOI:
    10.1002/lpor.202100498
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Laser & Photonics Reviews
  • 影响因子:
    11
  • 作者:
    Cizhe Fang;Qiyu Yang;Qingchen Yuan;Linpeng Gu;Xuetao Gan;Yao Shao;Yan Liu;Genquan Han;Yue Hao
  • 通讯作者:
    Yue Hao
High-Efficiency Second-Harmonic and Sum-Frequency Generation in a Silicon Nitride Microring Integrated with Few-Layer GaSe
与少层 GaSe 集成的氮化硅微环中高效产生二次谐波和和频
  • DOI:
    10.1021/acsphotonics.2c00038
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    ACS Photonics
  • 影响因子:
    7
  • 作者:
    Binbin Wang;Yafei Ji;Linpeng Gu;Liang Fang;Xuetao Gan;Jianlin Zhao
  • 通讯作者:
    Jianlin Zhao
Fano resonance from a one-dimensional topological photonic crystal
一维拓扑光子晶体的法诺共振
  • DOI:
    10.1063/5.0060007
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    APL PHOTONICS
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Gu Linpeng;Wang Binbin;Yuan Qingchen;Fang Liang;Zhao Qiang;Gan Xuetao;Zhao Jianlin
  • 通讯作者:
    Zhao Jianlin

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其他文献

利用非传统螺旋相位调控高阶涡旋光束的拓扑结构
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    --
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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光学腔的共振线型
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    光学学报
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  • 作者:
    甘雪涛;赵建林
  • 通讯作者:
    赵建林
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    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    物理学报
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    --
  • 作者:
    杨玖龙;元晴晨;陈润丰;方汉林;肖发俊;李俊韬;姜碧强;赵建林;甘雪涛
  • 通讯作者:
    甘雪涛
硅超构表面上强烈增强的三次谐波
  • DOI:
    10.1016/s1474-4422(20)30232-5
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨玖龙;元晴晨;陈润丰;方汉林;肖发俊;李俊韬;姜碧强;赵建林;甘雪涛
  • 通讯作者:
    甘雪涛
利用柱透镜调控涡旋光束的拓扑结构
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    光子学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    方亮;甘雪涛;赵建林
  • 通讯作者:
    赵建林

其他文献

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甘雪涛的其他基金

基于Mie共振纳米盘的光子晶格中光子平带及其增强的二次谐波
  • 批准号:
    12374359
  • 批准年份:
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二维硒化镓晶体辅助氮化硅波导的二阶非线性效应及器件
  • 批准号:
    61775183
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平板光子晶体波导中慢光与石墨烯相互作用的研究
  • 批准号:
    11404264
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    2014
  • 资助金额:
    30.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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