微纳尺度动态可控八位开关光源

发布时间：2021-06-24 00:15

　　本文提出了一种利用空间光调制器调制入射线偏振光的相位而产生微纳尺度八位开关光源的方法,可通过更新加载在空间光调制器上的相位图实现聚焦光斑的动态变化。每个光斑的半高全宽为λ/2,两个相邻的光斑中心间距为1μm,并且可调。单个光斑的位置、明暗和相位可控。该光源具有尺度小、响应速度快的特点,可作为表面等离激元的激发光源,也可以用作并行纳米线、纳米波导的激发光源,具有作为集成光学微纳光源的潜在应用价值。 

【文章来源】：鲁东大学学报(自然科学版). 2020,36(04)

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

透镜后表面扇形的划分图

四焦点位相独立可控

图2为编程模拟结果。8个光斑为垂直排列,偏振为水平方向。第9个光斑处于每个图中左侧位置。两个相邻光斑中心之间的间距为1 μm。当8个光斑作为微纳尺度光源时,明暗可控。当需要某个光斑处于“开”状态时,该光斑位置不变。当需要某个光斑处于“关”状态时,可以将该光斑位置移到第9个或者其它不影响使用的地方。这样无论几个光斑(或光源)有无光信号,每个光斑或光源的光强都是相等的。这种“开”和“关”状态可以通过不断更新加载在空间光调制器上的相位图,实现光斑明暗的动态变化。并且,增减光斑或光源的数量以及调整每个光斑中心之间的位置和距离,可以根据不同的需求,绘制不同的相位图加载在空间光调制器上来实现。图2(a)～(d)分别为物镜后孔径调制的相位,通过傅里叶快速变换[23]计算出对应的焦平面的强度分布。图2(e)～(h)为对应模拟结果。图2(e)～(g)中相邻光斑中心之间间距为1 μm,而图2(h)中光斑中心之间间距为2 μm。从仿真模拟结果可以看出,每个光斑的位置可以通过改变公式(1)中的Δxn和Δyn任意控制,光斑的明暗状态控制可以通过将单个光斑移到第9个光斑位置来实现。用一束偏振方向沿着x方向的平面波入射高数值孔径物镜,焦场区域会产生3个偏振分量。Ey分量是由于沿x轴偏振光束在物镜圆对称后孔径上不对称聚焦而产生的,纵向偏振分量Ez是由高数值孔径物镜聚焦产生的。在z轴上,平行于y轴的直径方向的两端的两个纵向分量,振幅相等而相位差为π,因此相互抵消。在z轴附近的区域,虽然这两个纵向分量相位差为π,但是振幅不同,不能完全抵消。图3显示了在焦平面中心的焦点的3个分量(Ix,Iy和Iz)相对强度分布和总的强度分布(I0=Ix+Iy+Iz)。可以看出,当入射光为x轴线偏振光时,Ix分量是主要分量,占据强度的绝对优势。进一步的模拟表明,当光斑移动到焦平面其它位置时,上述情况同样成立。基于这个事实,可以把一个焦点或多个焦点的x轴偏振分量的强度和偏振方向当作整个焦点的强度和偏振方向,而无需考虑y轴偏振分量和z轴偏振分量。因此,公式(1)中,附加的相位即为对应光斑的相位。通过对处于不同位置的不同光斑附加不同的相位,就可以获得位置可控、相位可控的多焦点光斑。图4为4个焦点的强度分布和相位分布,其中4个焦点强度相等,见图4(a)所示,但是每个焦点的相位是可以任意独立调节的;图4(b)中焦点1、2、3和4的相位分别为1.44π、1.86π、0.81π和0.44π。这种相位独立可控、位置可控、数量可控、明暗可控的多焦点纳米尺度聚焦光斑在纳米线、波导、逻辑门以及微纳结构近场的表面等离激元激发等领域可以作为动态光源。


本文编号：3245950