光電所在薄膜體系光學傳輸?shù)睦碚撗芯恐腥〉孟盗羞M展

中國科學院光電技術研究所薄膜技術研究室在從事先進鍍膜技術研究的同時，積極探索新穎薄膜體系中的光束傳播特征，在利用負折射率材料調(diào)控光子塔姆態(tài)（Optical Tamm state）以及光子的安德森定域 (Optical Anderson localization) 方向取得了一系列進展，相關結果發(fā)表在光學期刊Optics Express上，論文**作者為光電所在職博士研究生、助理研究員柳存定。

負折射率材料是由人工制備的具有新穎光學性質(zhì)的材料，這種材料同時具有負的介電常數(shù)和磁導率，光從常規(guī)材料(正折射率介質(zhì))入射到負折射介質(zhì)的界面時將發(fā)生負折射現(xiàn)象，折射光線與入射光線在界面法線的同側(cè)。負折射介質(zhì)改變了對光波傳播的傳統(tǒng)認識。負折射介質(zhì)由于其獨特新穎的物理性質(zhì)和誘人的應用前景而獲得了國際學術界的廣泛關注，近年來負折射率材料加工制備技術獲得了極大的進展，研究負折射率材料對光學薄膜性質(zhì)的影響對未來加工特殊光學薄膜器件具有重要的意義。

首先，研究人員將負折射率材料引入金屬-反射膜結構中，發(fā)現(xiàn)負折射率材料調(diào)制金屬-反射膜界面上的光學Tamm態(tài)色散關系，產(chǎn)生具有負的群速度的光學激子，這種具有負的群速度的光學激子在信息傳輸?shù)阮I域有著重要的引用。研究人員進一步調(diào)整負折射率材料薄膜的厚度（圖1），發(fā)現(xiàn)負的群速度光子激子產(chǎn)生條件和光的能量傳播方向以及平均能量密度密切相關，只有當光的能量傳播方向和體系的平均能量密度相反時，負的光束傳播群速度才會出現(xiàn)。

研究人員進一步開展了負折射率膜層中折射率無序影響光學薄膜體系中光子的傳輸特征的研究，他們通過選擇正負折射率材料使光子的傳輸在無序缺失的情況下完全透明，然后在體系中引入折射率無序，研究了光子晶體、光子準晶等不同結構中光子的定域特征。研究發(fā)現(xiàn)，當多層薄膜體系中的折射率平均值為零時，在折射率無序體系中出現(xiàn)反常Anderson 定域，其定域長度的度規(guī)參數(shù)和薄膜的結構密切相關，如圖2所示。該研究對改善光學薄膜體系中光束傳播性能具有重要作用，在太陽能電池等領域有著潛在應用，研究成果發(fā)表在Optics Express專欄中。

圖1：不同厚度的負折射率薄膜對應的光學Tamm態(tài)的色散特征 

圖2：不同結構的薄膜中光子Anderson定域的度規(guī)關系

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采用德國薄膜制備工藝，形成了一套具有嚴格工藝標準的閉環(huán)式流程技術制備體系，能夠制備各種超高性能光學薄膜，包括紅外薄膜、增透膜，ARcoating, 激光薄膜、特種薄膜、紫外薄膜、x射線薄膜，應用領域涉及激光切割、激光焊接、激光美容、醫(yī)用激光器、紅外制導、面部識別、VR/AR應用,博物館，低反射櫥窗玻璃，畫框等。