【摘 要】
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自然界中大部分生物分子都具有手性,手性物质与人类生命息息相关。因此,圆二色性（Circular Dichroism,CD）谱作为检测和表征手性对映体的一种重要方法在生命科学、物理学、化学等领域具有广阔的研究前景。但由于自然界中手性结构的CD信号较为微弱,且大部分位于近紫外波段,不便于人们使用现有设备进行探测和研究。随着超材料的出现,设计出灵敏度高、调谐性好、信号强的手性超材料成为研究的热点。在本论
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自然界中大部分生物分子都具有手性,手性物质与人类生命息息相关。因此,圆二色性（Circular Dichroism,CD）谱作为检测和表征手性对映体的一种重要方法在生命科学、物理学、化学等领域具有广阔的研究前景。但由于自然界中手性结构的CD信号较为微弱,且大部分位于近紫外波段,不便于人们使用现有设备进行探测和研究。随着超材料的出现,设计出灵敏度高、调谐性好、信号强的手性超材料成为研究的热点。在本论文中,我们主要针对双层超材料的光响应性能以及圆二色性展开研究,利用超材料结构中波导模式之间及其与表面等离激元模式之间的耦合,在可见、近红外波段内实现CD信号的增强,并且通过结构参数的调控在较大波段范围内对CD信号进行调谐,探索其在圆偏振光探测、手性选择性成像中的应用。本文主要摘要内容如下:一、双层非对称金属光栅圆二色性的增强和调谐本工作设计了一种由介电波导层隔开的双层非对称金属光栅结构,并对这一结构的光响应特性以及圆二色性展开了详细的讨论,进而明确了该结构圆二色性的增强机理。研究结果表明:利用波导模式和局域表面等离激元共振的耦合,可以在可见光范围内实现圆二色性的增强,尤其在635 nm波长处,结构的CD信号的最大值可达到0.52,与传统的无波导耦合效应的双层光栅相比,提高了 4倍以上。除此以外,通过调节上层光栅的周期、波导层厚度等结构参数,在可见光区域实现了对圆二色性响应的调谐。二、双层金属万字型结构圆二色性的增强和调谐本工作将波导层引入到双层金属万字型手性超表面结构中,并详细研究了该结构的光响应特性及圆二色性,实现了对圆二色性信号的增强和调谐。研究结果表明:在不同圆偏振光的激发下,利用波导模式与金属表面等离激元共振以及波导模式之间的共振耦合,能够在近红外波段实现了 CD信号的增强。在882 nm波长处CD信号可达到0.474,与没有考虑波导耦合效应的传统结构相比,我们所提出的结构CD值可提高约20倍。同时,通过对结构参数的调控,例如改变万字型结构的周期、间隔层厚度、波导层厚度等,可以导致CD信号的强度和位置的改变,实现了对CD信号进行调谐的目的。
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