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中國科大實現(xiàn)液體環(huán)境中無衍射表面光波

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中國科大實現(xiàn)液體環(huán)境中無衍射表面光波

摘要: 　　近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理學(xué)院光學(xué)與光學(xué)工程系、光電子科學(xué)與技術(shù)安徽省重點實驗室教授明海、王沛領(lǐng)導(dǎo)的微納光學(xué)與技術(shù)學(xué)習(xí)組成員張斗國，與美國馬里蘭大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授J. R. Lakowicz、深圳大學(xué)納米光子學(xué)學(xué)習(xí) ...

　　近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理學(xué)院光學(xué)與光學(xué)工程系、光電子科學(xué)與技術(shù)安徽省重點實驗室教授明海、王沛領(lǐng)導(dǎo)的微納光學(xué)與技術(shù)學(xué)習(xí)組成員張斗國，與美國馬里蘭大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授J. R. Lakowicz、深圳大學(xué)納米光子學(xué)學(xué)習(xí)中心教授袁小聰?shù)�，澳大利亞La Trobe大學(xué)博士寇珊珊合作，生成了液體環(huán)境中的無衍射表面光波：該光波可在樣品上方約半個波長（約300nm）范圍內(nèi)，緊貼著表面?zhèn)鬏?10微米，同時保持約2微米的束腰半徑不變，即無衍射傳輸，可以形象地比喻為一根細(xì)長扁平的“光針”。學(xué)習(xí)成果以Diffraction-Free Bloch Surface Waves為題，于5月15日在線發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊ACS Nano。
　　眾所周知，衍射是電磁波（包含光波）的基本特性，在波的傳播過程中，橫向尺寸會越來越大，從而導(dǎo)致波的能量發(fā)散在整個空間，不利于信號的傳輸與耦合。近年來，隨著微納加工工藝與等離子體光學(xué)學(xué)科的快速發(fā)展，二維無衍射表面光束被陸續(xù)實現(xiàn)。但這種基于金屬結(jié)構(gòu)Plasmonic效應(yīng)的表面光波，存在損耗大、傳播距離短的問題，特別是在可見光波段與液體環(huán)境中，因而限制了其應(yīng)用。截至目前，鮮見液體中無衍射表面光束的報道，而液體環(huán)境是無衍射光束所瞄準(zhǔn)的生物光子學(xué)中微納操控、成像與傳感等應(yīng)用所不可或缺的條件之一。
　　基于此，學(xué)習(xí)組提出并實現(xiàn)了基于由周期性多層介質(zhì)薄膜組成的純介質(zhì)結(jié)構(gòu)的無衍射布洛赫表面波。該光束可存在于液體環(huán)境或空氣界面。介質(zhì)材料的本征損耗遠(yuǎn)小于金屬，因而其傳輸損耗小。介質(zhì)結(jié)構(gòu)表面材料為常規(guī)玻璃，在玻璃襯底上做相關(guān)生物、化學(xué)修飾遠(yuǎn)易于在金屬襯底，因而應(yīng)用前景將會更為廣泛。實驗結(jié)果表明，傳播路徑上的障礙物不會破壞該表面光波的無衍射傳輸特性，即具有自修復(fù)功能。鑒于上述特性，該無衍射表面光波將在表面化學(xué)、表面物理、片上光子集成器件和光學(xué)微納操控、成像與傳感等領(lǐng)域具有實際的應(yīng)用前景。
　　中國科大博士生王茹雪和王勇為共同第一作者，張斗國為通訊作者。該工作得到了科技部、國家自然科學(xué)基金委、安徽省杰出青年基金等項目經(jīng)費的支持。相關(guān)樣品制作工藝得到了中國科大微納學(xué)習(xí)與制造中心的儀器與技術(shù)支持。
　　論文鏈接



　　無衍射布洛赫表面光波經(jīng)過三個障礙物后，繼續(xù)保持無衍射傳輸特性：不同傳輸距離處束腰半徑不變

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