本文摘要：微纳光学结构依赖局域共振、电磁场强化、快光效应等机制，可有效地调控光与物质（原子、分子、量子点、非线性材料等）的相互作用特性，其理念已普遍应用于光子构建、灵敏信号观测和辨识、生化传感、超强辨别显微镜光学、高效太阳能电池及闪烁器件、疾病诊断及化疗、环境监测等最重要领域。涉及研究的一个关键点是针对特定应用于，设计和制取出有性能优化的微纳光学结构。

微纳光学结构依赖局域共振、电磁场强化、快光效应等机制，可有效地调控光与物质（原子、分子、量子点、非线性材料等）的相互作用特性，其理念已普遍应用于光子构建、灵敏信号观测和辨识、生化传感、超强辨别显微镜光学、高效太阳能电池及闪烁器件、疾病诊断及化疗、环境监测等最重要领域。涉及研究的一个关键点是针对特定应用于，设计和制取出有性能优化的微纳光学结构。中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室（捐）光物理实验室李志远研究员领导的L01课题组，最近在涉及的理论和实验研究上获得了系列进展。

　　光子晶体共振微腔具备品质因子低、模场体积小的优点，以至于共振微腔中单个光子就需要构建和半导体量子点的强劲耦合相互作用，和其他光电材料相互作用也将产生丰富多彩的物理性质。最近，该团队制取了硅光子晶体微腔-石墨烯填充结构，从实验上深入细致地研究了光泵浦下单层石墨烯载流子产生和移往对光子晶体微腔的共振波长和品质因子的调制起到等光电号召特性(图1)。实验结果表明，该填充微纳结构具有简单而非常丰富的光电物理过程，使得共振波长的移动及品质因子的变化随泵浦光功率的减少产生简单的不道德(图2)。该工作为了解探寻微纳光电子结构和器件的光电子动态号召物理，进而研制超快、高灵敏度的有源光电子闪烁、激光、电源及调制等功能器件获取了有益的思路和灵感。

成果公开发表在ACSPhotonics,2015,2,1513上（DOI:10.1021/acsphotonics.5b00469）。　　图1.硅光子晶体共振微腔-石墨烯填充结构的光电号召实验测量示意图　　图2.硅光子晶体微腔的共振波长和品质因子随泵浦光功率减少的变化实验结果　　贵金属（金、银等）纳米颗粒在可见乃至近红外波段不存在着反感的局域表面等离子体共振，可大大强化荧光、拉曼、非线性电磁辐射等光与物质相互作用过程。银纳米篮是一种常常用于的纳米颗粒，由于在其两个方向上具备有所不同的几何尺寸，其局域表面等离子体共振有纵向、横向两个模式。

银纳米棒一般使用种子法生长，利用的种子一般为金、银多面体或金纳米篮等单晶小颗粒。利用这些方法生长的银纳米颗粒有限横截面半径大及生长种子对其光学性质影响，造成这些方法生长的银纳米棒一般在可见波段有共振吸收。李志远及博士生张超与佐治亚理工大学的夏幼南（YounanXia）团队合作，使用一种新的生长方法，利用钯多面体单晶小颗粒作为种子，沿着五重对称轴沉积银原子生长构成银纳米棒(图3)。

这样生长的银纳米棒具备小的横截面半径（高于20nm）、高效率长方形比等特点。其纵向局域表面等离子共振模式在400nm以下，横向模式可以在可看到近红外波段展开调控。

这种在可见光谱中（400~800nm）没局域表面等离子共振的银纳米棒颗粒在触摸屏显示器、太阳能电池片、节约能源智能窗的制作等领域有最重要的应用于。研究成果公开发表在ACSNano,2015,9,10523上（DOI:10.1021/acsnano.5b05053）。

　　图3.银纳米篮的扫瞄透射电镜图和消光光谱测量图　　近红外波段的光学技术对于生物分子，活细胞组织等具备非侵入性的优点，在蛋白质习和基因学中具有普遍用于。李志远及博士生张超与夏幼南团队及意大利萨兰托大学DarioPisignano团队合作，设计并制取了一种基于金纳米笼颗粒的衬底，可以对近红外波段的荧光展开强化。由于金纳米颗粒对于荧光强化的幅度与荧光分子-纳米颗粒横向间距和纵向方位等几何参数有很最重要的关系，合作团队设计了一种方法来掌控荧光分子与金纳米笼颗粒的间距(图4)，从而可以掌控使得衬底平面范围内荧光分子取得均匀分布的荧光强化幅度。

当间距掌控在80nm的间距时，在660~740nm波段可取得大约2~7倍的荧光强化。这项技术可以超过平面内纳米级掌控，对于硬物质细胞等信息观测和临床有最重要的应用于前景。研究成果公开发表在ACSNano,2015,9,10047上（DOI:10.1021/acsnano.5b03624）。　　图4.。

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