2013年表面等离激元操控原理与研究进展综述

本文主要探讨了表面等离激元(Surface Plasmon, SP)在物理学和生物学领域中的显著应用进展，特别关注它们在集成光路中的操控原理与特性。表面等离极化激元(Surface Plasmon Polariton, SPP)是SP与相邻介质中光子耦合形成的高度局域化的光场模式，其在光子集成回路中的传输、增益控制、传输损耗补偿以及开关与调制等方面的研究是本文的核心内容。 自1902年WOOD的Wood异常现象揭示SP存在以来，对SP的研究历经了一个世纪的发展。早期的研究主要集中在理论预测和实验观察上，如金属光栅上的光反射特性。然而，近年来随着科学技术的进步，特别是微纳光子学的发展，人们能够更深入地理解和利用SPP的特性，将其应用于诸如光通信、生物传感、纳米电子设备等领域。 在光子集成回路中，SPP的操控主要包括以下几个方面： 1. **传输调控**：通过设计特定的结构，如金属-介质-金属(MIM)结构或金属-绝缘体-半导体(MIS)结构，可以控制SPP的传播路径和方向，实现高效的光信号传输。 2. **增益与损耗补偿**：SPP的增益可以通过引入非线性材料或能量注入来实现，同时，通过优化材料和结构设计，可以有效地减少传播过程中的损耗，提高信号保真度。 3. **开关与调制**：利用电场或磁场调控，可以实现SPP的开关行为，这对于构建动态光子电路至关重要。此外，通过频率或相位调制，可以改变SPP的响应，以适应不同的光信号处理需求。 4. **应用前景**：表面等离极化激元在微纳光学中的应用广泛，包括集成光路的信号处理、生物传感器中的分子识别、以及纳米电子设备中的能量传输等，都展示了其巨大的潜力和广阔的市场前景。 论文作者梅霆教授等人还列举了资助项目，反映了学术界对该领域的持续关注和支持。这篇文章为读者提供了一种全面理解表面等离激元操控原理及其最新研究进展的窗口，对于推进光电子技术和微纳光子学的发展具有重要意义。