【摘 要】
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目前的纳米技术能够实现衍射极限的突破以及电磁波亚波长尺度的压缩,对光子学及相关学科的未来发展具有深远的影响。这一显著的进步在于所激发的表面等离激元,包括金属中的等离激元、电介质中的光学声子以及半导体中的激子等。等离激元能够用于新型纳米尺度器件的设计,实现亚波长尺度电磁波的束缚和调控,可以用于未来纳米尺度集成光电子器件、超分辨率成像、量子计算和单分子捕获方面的设计。纳米聚焦作为纳米光子学领域的一个重
【基金项目】
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the National Natural Science Foundation of China underGrants No.61625502,No.61574127,No.61601408,No.61775193,No.11704332,andNo.61801426； the ZJNSF under Grant No.LY17F010008；
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目前的纳米技术能够实现衍射极限的突破以及电磁波亚波长尺度的压缩,对光子学及相关学科的未来发展具有深远的影响。这一显著的进步在于所激发的表面等离激元,包括金属中的等离激元、电介质中的光学声子以及半导体中的激子等。等离激元能够用于新型纳米尺度器件的设计,实现亚波长尺度电磁波的束缚和调控,可以用于未来纳米尺度集成光电子器件、超分辨率成像、量子计算和单分子捕获方面的设计。纳米聚焦作为纳米光子学领域的一个重要领域,能够在纳米尺度对电磁波能量进行传递和调控,相应的产生了许多设计、优化和制造新型聚焦器件的技术。本文对二维材料中实现亚波长能量约束现象（TE声子极化模式）进行了预测和表征,并针对纳米聚焦器件提出了一种弥补理论设计与实际实现之间差距的新方法。本论文各章节的简要总结如下:1.尽管极化激元对于亚波长的束缚性十分重要,但现有的研究工作和实现的器件大多集中在TM模式。近期通过对石墨烯的研究,科学家预测二维材料中可能存在TE极化模式。在这项工作中,我们首次预测了超薄hBN平板中的TE极化激元模式,获得了远优于石墨烯TE极化模式的束缚性。这项工作让人们对TE极化模式有了更多的了解,并为TE极化模式的实现带来了可能性。2.光子学器件在理论设计和实际实现之间存在着性能差距,对于其进一步发展有着巨大的限制。为了解决这一难题,我们提出了利用高阶光学变换（FHTO）设计双曲型超透镜的方法,用于实现中红外纳米聚焦。这个双曲型超透镜只需要几层金属介质层状结构就能够实现,相应的设计是将整个透镜分割成N（N>1）个离散区域,并对每个离散区域使用高阶光学变换得到。
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