慢光在很多方面都有潜在应用，例如：光缓存、信号处理和增强光与物质的相互作用。但是由于弛豫带宽积的限制，传统的慢光系统只能工作在共振频率附近很小的带宽内。基于金属微纳米光学结构，慢光可以突破光学衍射极限的限制，实现在纳米尺度增大局域光场。可进一步用于增强光与物质的相互作用、芯片上实现光缓存、光子局域等。

先前，实验室青年教师陈林和武汉大学汪国平教授提出利用金属光栅结构，实现了在宽频带上减慢可见光、通讯光波波段的慢表面等离激元。相关研究成果在Physical Review B (rapid communications), Applied Physics Letters等期刊上发表。国际众多学者对我们的研究工作进行了积极正面评价，包括英国著名物理学家Ortwin Hess教授，美国工程院院士张翔教授。在此研究工作的基础上，最近光电子集成与器件功能实验室陈林老师和博士生张天，与加拿大麦克马斯特大学李洵教授、武汉大学汪国平教授合作，提出利用一种在硅基光栅上覆盖单层石墨烯的结构，用来实现石墨烯的宽频带表面等离激元慢光。慢表面等离激元的群速度可以达到比真空中光速小几百倍。同时，我们预测可动态调节石墨烯的化学势来实现对慢表面等离激元的释放机制。该结构可在增强光与物质的相互作用、芯片上实现光子局域、分光计、宽频带光吸收等方面找到应用。

相关研究成果已在Optics Express上发表(Vol. 21, pp. 28628-28637, 2013)。相关研究工作得到了国家自然科学基金 (Nos. 11104093, 60925020, and 11274247)和973计划(2011CB933600)的资助。

图1 硅基光栅上覆盖单层石墨烯结构示意图

图2 不同波长时的光场分布