表面等离激元涡旋场的产生方法研究

发布时间：2020-04-10 12:32

【摘要】：光学涡旋是一种特殊光场,它具有螺旋形的波前结构以及相位奇点。相位奇点本质上是由光场的波前呈螺旋形分布而产生的,因为螺旋形波前会导致中心处的相位无法确定。最近几十年来光学涡旋的应用十分广泛,已经在微纳米操纵、非线性光学、生物医学、光学通信等领域取得了不错的成果。表面等离激元(surface plasmon polariton,SPP)是由金属表面的自由电子与入射光场发生相互作用而产生的一种电磁振荡。由于SPP能够将光场很好地束缚在金属和介质的分界面上,同时还能突破衍射极限并产生较高的场增强效应,因而在产生光学旋涡方面具有独特的优越性。本论文将在现有的理论基础之上,进行一定程度的深入研究,挖掘出新的SPP涡旋场的产生方法或对现有的产生方法进行一定的优化。研究内容主要如下:1、研究了一种可以用来激发SPP涡旋场的圆环分布的纳米腔阵列。分别从圆偏振光、线偏振光两个方向出发,采用理论模型分析与仿真分析相结合的研究方法,详细地研究了该结构激发SPP涡旋场的条件参数以及这些条件参数对于激发SPP涡旋场所产生的影响。2、提出一种可以用来激发SPP涡旋场的螺线分布的纳米腔阵列。在引入了螺线分布之后,能够对SPP涡旋场产生影响的参数有内外圈纳米腔阵列的半径差、纳米腔阵列的旋转变化速度因子、螺线的段数、螺距与SPP波长的比值这五个参数。这种结构可以调控的参数多,自由度大,因此理论上可以十分方便地通过精确的组合与排列产生任意拓扑荷数的SPP涡旋场。3、提出了一种可以用来激发SPP复合涡旋场的多段螺线狭缝结构。先从理论上推导出该SPP复合涡旋场的解析表达式,随后再结合仿真软件进行验证,最终说明了激发出的SPP复合涡旋场实际上是由两个拓扑荷数不同的SPP涡旋场的叠加所形成的,同时其中拓扑荷数更小的涡旋场的光场强度相对另一个拓扑荷数更大的涡旋场来说比较微弱。
【图文】：

图 1-1 使用小孔阵列来实现 SPP 的聚焦的结构示意图[39]一般来说，在金属薄膜与介质分界面上所激发的 SPP 光场都是朝着各个的。2007 年，Lopez-Tejeira 等人[40]发现可以通过在狭缝的某一侧增加多构或者使用非对称的狭缝结构来使得产生的 SPP 光场只朝着一个方向一个方向的光场则被抑制，其结构与实验结果如图 1-2 所示。如果是在某光栅结构，还需要适当地调整光栅的深度、宽度以及周期性排列这些参到较为理想的实验结果。同年，Smolyaninov 等人[41]利用 SPP 设计了一破衍射极限的超透镜，该透镜的分辨率可以达到惊人的 70nm。因此在成着很大的应用潜力。

图 1-1 使用小孔阵列来实现 SPP 的聚焦的结构示意图[39]一般来说，在金属薄膜与介质分界面上所激发的 SPP 光场都是朝着各个方向传播的。2007 年，Lopez-Tejeira 等人[40]发现可以通过在狭缝的某一侧增加多个光栅结构或者使用非对称的狭缝结构来使得产生的 SPP 光场只朝着一个方向传播，而另一个方向的光场则被抑制，，其结构与实验结果如图 1-2 所示。如果是在某一侧增加光栅结构，还需要适当地调整光栅的深度、宽度以及周期性排列这些参数才能达到较为理想的实验结果。同年，Smolyaninov 等人[41]利用 SPP 设计了一种可以突破衍射极限的超透镜，该透镜的分辨率可以达到惊人的 70nm。因此在成像领域有着很大的应用潜力。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O43

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本文编号：2622231