金属/半导体复合纳米体系表面等离激元与激子共振相互作用及其光学非线性增强效应的研究

项目名称： 金属/半导体复合纳米体系表面等离激元与激子共振相互作用及其光学非线性增强效应的研究

项目编号： No.11204221

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2013

项目学科： 物理学I

项目作者： 郝中华

作者单位： 武汉大学

项目金额： 30万元

中文摘要： 金属/半导体复合纳米体系集成了金属表面等离激元和半导体激子的光学特性，在纳光子学领域具有重要的应用价值。本项目拟研究金属/半导体复合纳米体系中表面等离激元与激子的共振相互作用及其对光学非线性的增强效应，通过理论优化设计、样品制备与实验测试,实现同时具有高的三阶非线性系数和优良非线性品质因子的目标。在增强三阶非线性系数研究方面，重点研究等离激元Fano效应对金属纳米结构局域场增强以及等离激元-激子Fano效应对金属/半导体复合纳米结构的场增强。在优化非线性品质因子研究方面，重点研究等离激元场增强因子色散关系和等离激元-激子Fano共振色散关系对单光子和双光子品质因子的调节。理论上采用半经典方法求解等离激元与激子共振时的粒子数运动解析关系式，并结合FDTD模拟局域场分布和频谱响应；样品制备则采用化学水热合成结合物理加工的方法。通过理论和实验研究揭示其共振相互作用特性、并争取达到全光开关要求。

中文关键词： 非线性光学；等离激元；Fano效应；激子；

英文摘要： Metal-semiconductor nanocomposites combine the optical properties of both surface plasmon and exciton, which have significant applications in the field of nano-optics. In this proposal, we will investigate the resonant plasmon-exciton interaction in the metal-semiconductor nanocomposites and the enhanced third-order nonlinear optical properties. Through theoretical design optimization、samples fabrication and experimental test, high third-order nonlinear response will be achieved，as well as optimized nonlinear figure of merits (FOMs) adequate for all optical switching. On the aspect of nonlinear optical enhancement, emphases will be put on the local field enhancement induced by surface plasmon Fano interferences and plasmon-exciton nonlinear Fano resonance in the nanocomposites. On the aspect of optimization of FOMs, we concentrate our emphases on the dispersion relations of the field enhancement factor and the nonlinear Fano effect induced by resonant plasmon-exciton interaction, which can effectively modulate one-photon FOM and two-photon FOM of the nanocomposites. In theoretical study, we use the semi-classical theory to solve the population motion equations. Finite-difference time-domain (FDTD) and discrete dipole approximation (DDA) methods will be also used to simulate the distribution of local field and t

英文关键词： nonlinear optics；surface plasmon resonance；Fano effect；exciton；