亚波长孔阵列中表面等离激元的Fano共振研究的任务书.docx

亚波长孔阵列中表面等离激元的Fano共振研究的任务书
一、研究背景
随着纳米光学和光学器件的迅猛发展，表面等离激元（SPP）的性质研究成为了热点之一。SPP是一种在金属和介质界面上共振的电磁波，可以被用于实现超材料、传感、信息处理等领域的实际应用。其中，亚波长孔阵列是一种常用的SPP激发方式。在亚波长孔阵列中，SPP的激发和传播受到阵列几何形状、介质材料、孔径大小等因素的影响，并且常常表现出非常复杂的光学特性，如共振、色散、吸收、散射等。其中，Fano共振是一种独特的共振现象，其特殊的线形被广泛应用于传感、过渡态、共振能量传递和非线性光学等领域。
在亚波长孔阵列中，Fano共振的产生是由于SPP和孔径共振模的干涉效应。在这种干涉中，SPP和孔径共振模分别具有不同的耦合强度和品质因子，因此共振谱线形可以表示为一个有限宽度的共振谷和一个相对宽度更大的共振峰。这种特殊的线形被称为Fano共振。Fano共振具有非常重要的应用价值，如用于高灵敏度的传感器、光子逻辑门、亚波长光学元件等。因此，对亚波长孔阵列中的Fano共振机制进行深入探究，具有非常重要的理论价值和应用前景，也是当前热门的研究方向之一。
二、研究目标
本课题的研究重点是亚波长孔阵列中表面等离激元的Fano共振特性研究。具体研究目标包括以下几个方面：
1.理论研究：利用理论计算模拟方法，从电磁学基础出发，对亚波长孔阵列中SPP的激发和传播规律进行深入研究，并探究复杂的Fano共振机制，解释其特殊的线形及产生原因。
2.实验研究：基于制备技术，使用有机蒸镀和电子束光刻等方法制备不同形状、大小、周期、材料的亚波长孔阵列，并利用表面等离激元共振现象，对其光学性质进行实验观测，并验证理论模拟结果。
3.应用研究：随着Fano共振在光学、电子学、传感等领域应用的不断扩展，本课题将研究利用亚波长孔阵列中的Fano共振实现传感器、光刻技术、超材料以及光电晶体等器件的设计与制备，探索Fano共振的应用前景。
三、研究内容
1.亚波长孔阵列的制备技术：本研究将采用有机蒸镀和电子束光刻等技术制备亚波长孔阵列，以实现不同形状、大小、周期、材料的制备，并为后续的实验研究打下基础。
2.亚波长孔阵列中SPP的激发和传播规律：本研究将从电磁学的基本原理出发，结合理论计算和模拟方法，对亚波长孔阵列中SPP的激发和传播规律进行深入的解析和探究。
3.亚波长孔阵列中Fano共振机制的研究：本研究将探究亚波长孔阵列中Fano共振的机制，解释其特殊的线形和产生原因，并建立相应的理论模型。
4.亚波长孔阵列中Fano共振的实验研究：本研究将利用实验手段对亚波长孔阵列中Fano共振的光学性质进行实验观测，并验证理论模拟结果。
5.亚波长孔阵列中Fano共振的应用研究：本研究将探索利用亚波长孔阵列中Fano共振实现传感器、光刻技术、超材料以及光电晶体等器件的设计与制备，为Fano共振应用的拓展提供新思路。
四、研究意义
本课题的研究意义主要体现在以下几个方面：
1.对SPP在亚波长孔阵列中的激发和传播规律进行研究，有助于揭示基础光学现象中表面等离激元的性质和特点，有助于深入理解和把握光学器件的设计、制备、性能等关键技术。
2.本研究将探究亚波长孔阵列中Fano共振机制，有助于深入理解Fano共振的特殊线形及其产生原因，为Fano共振的应用拓展提供理论依据。
3.利用亚波长孔阵列中的Fano共振实现传感器、光刻技术、超材料以及光电晶体等器件的设计和制备，将极大地拓展Fano共振的应用领域，具有非常重要的应用前景和市场前景。
五、研究计划
本研究计划分为三个年度，主要研究内容和计划如下：
第一年主要任务：
1.着手调研和学习仪器设备操作方法，对实验室现有的有机蒸镀和电子束光刻等工艺流程、工具进行了尝试和实践，建立了适应本研究需要的工艺流程。
2.基于有机蒸镀和电子束光刻等工艺流程，制备不同形状、大小、周期的亚波长孔阵列，完成光学特性测试以及表面等离子共振实验。
3.探究亚波长孔阵列中SPP的激发和传播规律，结合理论计算和模拟方法，对亚波长孔阵列中SPP的激发和传播规律进行解析和探究，为后续的理论和实验研究做好铺垫。
第二年主要任务：
1.构建亚波长孔阵列中Fano共振的理论模型，深入研究Fano共振机制，解释其特殊的线形及产生原因，并建立相应的理论模型。
2.利用实验手段对亚波长孔阵列中Fano共振的光学特性进行实验观测，并验证亚波长孔阵列中Fano共振的机制和理论模型。
第三年主要任务：
1.针对基于亚波长孔阵列中Fano共振的传感器、光刻技术、超材料以及光电晶体应用，进行相关器件设计和制备的研究。
2.对Fano共振在光学、电子学、传感等领域应用的不断扩展进行研究，探索Fano共振的新应用领域和前景。