中科院物理所在微纳结构光学特性调控研究中取得系列进展

微纳光学结构依靠局域共振、电磁场增强、慢光效应等机制，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，其理念已广泛应用于光子集成、灵敏信号探测和识别、生化传感、超分辨显微成像、高效太阳能电池及发光器件、疾病诊断及治疗、环境监测等重要领域。相关研究的一个关键点是针对特定应用，设计和制备出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（筹）光物理实验室研究员李志远领导的L01课题组，最近在相关的理论和实验研究中取得系列进展。

光子晶体共振微腔具有品质因子高、模场体积小的优点，以至于共振微腔中单个光子就能够实现和半导体量子点的强耦合相互作用，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，李志远和团队的博士生史哲、青年职工甘霖等一起，制备了硅光子晶体微腔-石墨烯复合结构，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转移对光子晶体微腔的共振波长和品质因子的调制作用等光电响应特性(图1)。实验结果表明，该复合微纳结构有着复杂而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增加产生复杂的行为(图2)。该工作为深入探索微纳光电子结构和器件的光电子动态响应物理，进而研制超快、高灵敏度的有源光电子发光、激光、开关及调制等功能器件提供了有益的思路和启发。成果发表在ACS Photonics 2, 1513 (2015)上。

图1. 硅光子晶体共振微腔-石墨烯复合结构的光电响应实验测量示意图

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增加的变化实验结果