基于聚焦渦旋結(jié)構(gòu)光的表面等離激元全光調(diào)控研究.pdf

1、表面等離激元(Surface Plasmons Polaritons,SPPs)光場局域、增強(qiáng)和控制在光信息處理,表面增強(qiáng)光譜和傳感技術(shù)等方面的應(yīng)用得到了廣泛的關(guān)注。傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)SPPs局域化和控制的方法一般利用金屬納米顆?；蛘呒庸そ饘偌{米結(jié)構(gòu)。但是這種傳統(tǒng)的方法激發(fā)SPPs具有操作復(fù)雜、很強(qiáng)的光散射和吸收損耗、及難以重構(gòu)等方面的局限性,從而降低了SPPs的激發(fā)效率及可控性。因此研究新型全光方法替代金屬結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)對(duì)SPPs場的激發(fā)、局域及調(diào)

2、控具有重要的潛在應(yīng)用價(jià)值。
　　 本文主要提出在均勻金屬表面,全光方法局域調(diào)控表面等離激元。利用渦旋(Optical Vortices,簡稱OV)結(jié)構(gòu)光螺旋相位特點(diǎn),結(jié)合徑向偏振光(“柱矢量光束”的一種)放射性軸對(duì)稱及其聚焦去偏振特性,把光束整形技術(shù)引入到近場,對(duì)SPPs產(chǎn)生、傳播、干涉等光學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行局域化全光調(diào)控,研究對(duì)SPPs納米光束的整形優(yōu)化,將SPPs調(diào)制為具有新穎的振幅和相位分布特點(diǎn)的近場光束,實(shí)現(xiàn)了具有螺旋相位的SP

3、Ps渦旋光。
　　 綜上所述,基于光束整形與高數(shù)值孔徑聚焦技術(shù),本文主要的研究工作和創(chuàng)新點(diǎn)包括以下幾個(gè)方面:
　　 本文首先設(shè)計(jì)了在滿足SPPs共振條件下,線性偏振渦旋結(jié)構(gòu)光束在均勻金屬膜界面定點(diǎn)激發(fā)SPPs的有效熒光成像實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?。利用物鏡式全內(nèi)反射熒光顯微術(shù)(TIRFM)的倏逝波照明技術(shù),調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)參數(shù)滿足SPR共振條件,激發(fā)金屬界面處熒光分子對(duì)SPPs進(jìn)行遠(yuǎn)場成像。進(jìn)行定量分析了入射渦旋光束的光斑尺寸、形狀、偏振、角度

4、等入射條件對(duì)所形成SPPs局域化分布及其傳播等特性的影響。
　　 其次,利用徑向偏振和渦旋結(jié)構(gòu)光束分布的特點(diǎn),在定點(diǎn)激發(fā)SPPs的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步研究了SPPs在均勻金屬表面的定向傳播、聚焦干涉特性。聚焦的SPPs場被調(diào)制成具有一定特殊幾何圖形并呈軸對(duì)稱分布的超分辨SPPs點(diǎn)陣,實(shí)現(xiàn)了對(duì)SPPs場分布的優(yōu)化整形。利用Richards-Wolf理論建立了高數(shù)值孔徑條件下聚焦SPPs場的矢量衍射理論模型,對(duì)焦平面附件的SPPs場分布進(jìn)

5、行了詳細(xì)而具體的研究。超衍射極限聚焦SPPs點(diǎn)陣FWHM可達(dá)到0.3λ左右。運(yùn)用有限時(shí)域差分方法(FDTD),對(duì)比了以相同的入射條件下在沒有金屬膜樣品的情況下的電場分布,進(jìn)一步證明了在均勻金屬膜上聚焦超分辨SPPs點(diǎn)陣的形成。
　　 最后,我們采用聚焦徑向渦旋光束在金屬膜表面對(duì)SPPs場相位結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)制,實(shí)現(xiàn)了具有螺旋相位結(jié)構(gòu)的SPPs場分布。彌補(bǔ)于其他文獻(xiàn)中所報(bào)道的螺旋槽和等離激元透鏡結(jié)構(gòu)產(chǎn)生SPPs旋渦的缺陷,我們提出全光方