我院海外英才创新团队在纳米圆极化天线激光制造技术研究方面取得重要突破

发布时间:2020-10-27 09:31 发布单位:光子技术研究院

     近日,光子技术研究院海外英才创新团队在纳米圆极化天线新型激光制造技术研究方面取得重要突破。其最新研究成果“Great chiral fluorescence from the optical duality of silver nanostructures enabled by 3D laser printing”Materials Horizons发表。我院博士研究生文虹镜为该工作的第一作者,青年教师宋世超为该工作的并列一作,我院曹耀宇教授和南开大学物理科学学院徐晓轩副教授为共同通讯作者。此外,我院李向平教授及两校相关合作者也为这项研究做出了贡献。

   高增益圆极化天线在5G网络、无线局域网(WLAN)等通信领域拥有广泛应用,是实现高速高品质信号传输的关键,具有抗雨雾干扰、抗多径效应等诸多优良特性。但目前此类天线主要工作于微波频段,在超高频率的光波频段面临材料和制造技术缺乏等诸多难题。面向光频段的高效宽带纳米圆极化天线的制备,通常需要对天线三维构型实现精确控制,同时器件特征尺寸需要小于光波长,器件材料特性需要满足光学共振要求,这些需求对现有三维制造技术提出了巨大技术挑战。

   在这项工作中,该团队开发了一种新型三维金属微纳结构激光制造技术,通过飞秒激光诱导金属离子还原的非线性光反应过程结合分子交联网络的结构支撑及光反应限域作用,突破了传统制造方法对金属材料加工尺寸、加工精度和结构复杂度的限制,实现了具有多光学性能立体手性银微纳结构的高精度一次成型制备。该结构同时包含支持表面等离激元共振的银纳米颗粒和具有荧光全向发射特性的银纳米团簇,成为构成纳米圆极化天线的基础。通过调节制备参数可以对制备的纳米天线尺寸和光学性能(包括荧光辐射强度、极化转换带宽等)进行精确控制。基于此技术,作为示范例,他们制备了以直径~550 nm银质三维螺旋结构为基础,具有宽带超高手性各向异性因子的三维纳米圆极化增益天线,其手性荧光各向异性因子绝对值达到0.58,为目前激光制造能达到的最高水平。该工作中所开发的三维微纳金属结构激光增材制造技术可在一定程度上推动具有强光子操控特性的金属圆极化天线结构在可见光通信、量子无线通信、量子计算等应用领域的发展。目前,该工作已被遴选为Material Horizons的内底封面。

   这项研究得到了国家自然科学基金项目(6160506161875073)、广东省自然科学基金(2016A030313088)、国家重点研发计划资助(2018YFB1107200)、广东省创新创业团队项目(2016ZT06D081)、广东省基础与应用基础研究基金(2019A1515110385)以及中央高校基础研究经费的支持。


文章链接:https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/mh/d0mh01207f