中文摘要：

本申请拟围绕对自发辐射的相干控制、腔链耦合导致的局域场放大等两个方面开展有关表面等离激元特异材料的研制工作。拟开展的研究工作包括1）开展微波频段有结构金属表面的表面波能带结构研究，探索形成表面谐振扩展态的机制，以便指导功能结构单元和材料的设计。2）研究类表面等离激元共振导致的超透射等效应，掌握电谐振或者磁谐振对于金属微结构表面近场空间分布的影响，从而掌握类表面等离激元调控电磁场的机制。3）在上述工作基础上设计和研制可实现自发辐射空间相干的表面等离激元特异材料，对这类材料进行实验表征，寻求对弱光信号进行高信噪比探测光电探测的技术途径。4在微波波段对于弱光非线性效应和光孤子现象进行原理性实验验证，以开展弱光非线性效应、时间反演等前沿问题的探索研究。

结论摘要：

平面特异材料（超材料）制备工艺成熟，易于集成，在可见、红外到太赫兹的全光学频段探索实现基于这类材料的　新功能光学器件意义重大，利用平面特异材料的表面态模式实现自发辐射调、局域场放大等功能是研制这类有源和无源新功能光学器件时必需解决的基本物理问题。本研究项目围绕这一体系，深入研究类表面等离激元诱导的定向辐射机制等新效应和新现象，给出有效放大微弱信号的技术途径；尝试在微波波段进行原理性实验、研究和展示表面等离激元特异材料的非线性效应。预期完成自发辐射可控的等离激元材料设计、制备和实验验证，通过理论和实验给出等离激元非线性调控的技术途径，并在微波波段进行超透、表面波能带和完全带隙的表征、以及非线性效应的研究工作，开展原理性实验。预期在国际核心学术期刊上发表学术论文8-12篇，申请发明专利不少于两项。 项目研究工作进展顺利，按照预期已经在红外频段成功研制了具有高品质因子表面态的等离激元光学材料，可以实现宽频带内自发辐射的空间相干性调控和100倍以上的局域场放大效应，此外还成功利用非对称环境下的人工电磁原子二聚体模型实现了特异材料亚波长单向二极管效应，整个功能元的尺度不大于工作波长的三分之一，分别发表在New J. Phys.， Appl. Phys. Lett.，Plasmonics等刊物上，结合三能级系统、利用动态速率方程成功给出了低阈值等离激光的设计，圆满完成了课题预定的研究内容，为平面特异材料在等离激元光学中的应用。此外，还开展了手征特异材料的研究工作，采用金属弹簧螺旋结构展示了手征负折射、宽频带波片等新功能和新现象，在Phys. Rev. Lett.上发表两篇论文，并推广到平面结构，获得了非对称传输、完美极化转换等新功能，在Appl. Phys. Lett.等刊物上发表多篇文章。三年来共发表SCI学术论文16篇，合作撰写专著章节两章，均标注了本申请课题。在国际学术会议上做特邀报告三次，国内学术会议上做特邀报告三次，申请发明专利8项。