中文摘要：

半导体微腔是构成众多新型光电子器件的基础，也是研究微光学效应和光与物质作用的重要平台；金属表面态对光的控制和操作具有独到优势，在新一代光子器件设计中备受青睐。目前，微腔和表面态各自的研究进行的方兴未艾，而两者结合的研究尚不多见，尤其是这种结合后微腔的偏振、双稳和非线性等问题的研究还未见报道。本项目结合金属表面态来设计半导体组合微腔一方面，通过微腔激发表面态，以此研究它与微腔谐振模式、有源区激子之间的相互作用机理；另一方面，表面态也为微腔引入了新的偏振、双稳和非线性特性以及控制它们的手段。对这些问题进行深入探索，有益于填补相关理论研究的空缺，并对提高这一新型半导体微腔的性能、拓展其应用领域具有重要指导意义。

结论摘要：

本项目结合一种新型金属表面态，即光学Tamm极化激元（OTP），设计半导体组合微腔，并针对光与物质作用的强、弱耦合两种机制进行开放性研究 1）探索了OTP的形成条件及规律，完成了金属谐振子模型与改进型传输矩阵法结合的自洽分析法；提出并设计了非对称波导结构，理论证实OTP效应近一个数量级的增强，并利用该结构提出了超快、低阈值的全光逻辑控制器件的实现方案；利用介质-空气层交替的高折射率对比光栅与金属层结合激发OTP，使OTP与外界联系了起来，首次设计了基于该结构的新型光折射率传感器； 2）对OTP与非线性介质、微腔极化激元（MP）的相互作用、双稳和孤子等特性进行了系统研究，揭示了微腔中，反射谱规律及Rbii劈裂等物理现象；率先提出利用偏振相关性形成MP矢量孤子；提出了双势阱结构，控制MP孤子形成，并结合隧道效应，理论实现了明-明、明-暗等多种形式孤子组合，为基于微腔光信息处理的应用提供了新思路；率先将光触发思想引入MP的操控，设计并理论实现了MP的全光触发器件，该思想利用MP低阈值、高非线性的特点，为低功耗、高集成的全光控制器件实现提供了可行方案。 3）在上述理论研究的同时，考虑到所在实验室的实验条件及基础，我们基于研究中的发现和启发，通过项目合作等方式还与本项目直接相关的拓展探索我们将金属表面态的思想应用到石墨烯材料与微纳光纤结合，利用表面态效应，增强光纤倐逝场，实现了高灵敏气体传感；我们还将微腔的理论模型以及设计方法拓展到光纤随机激光器中，提出并实现了基于谐振腔结构和光纤混合腔等的随机激光调控方案，为光纤随机激光器高阶、低阈值、多波长可调谐激射提供了重要手段。 经过该项目的研究发表研究论文28篇，其中SCI论文22篇，影响因子>3的光学领域顶级期刊论文11篇，SCI他引70次(包括OSA，IEEE会士团队及Physics Report, Sensors and Actuators B等顶级刊物引用)，申请专利6项，参加国内外会议8次；培养或联合培养研究生12名，其中3人已毕业，两人获校优秀硕士论文，一人进入美国Clemson大学攻读半导体微腔激光器方向博士学位；项目负责人获教育部自然科学二等奖（排名四）、电子科技大学教师学术新人奖，受邀担任Optical Quantum Electronic编委，晋升IEEE高级会员等。