本文選題：表面等離子體極元　切入點：自干涉　出處：《南昌航空大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：表面等離子體極元(Surface Plasmon Polaritons,SPPs)是在金屬表面激發(fā)的電磁波,具有近場增強、亞波長局域和異常色散等特點,可以在亞波長尺度對光子進行操縱,已經(jīng)在各個領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。由于傳統(tǒng)光學器件中存在一個經(jīng)典光學無法逾越的衍射極限,使得現(xiàn)有的光學儀器分辨率很難進一步提高,光電器件無法實現(xiàn)更高程度的集成。表面等離子體極元為解決這一問題提供了一個重要的突破口。另外,基于近軸原理而設(shè)計的光學儀器中,入射光束的近軸性是保證成像質(zhì)量的重要條件。光束的離軸會造成像差等問題,大大降低儀器的成像分辨能力。光束的離軸直接影響著SPPs的應(yīng)用效果,弄清離軸光激發(fā)SPPs光場的特性有重要的理論和實踐意義。正入射深聚焦光激發(fā)的SPPs具有對稱和計算簡便等優(yōu)點。當光束偏離光軸,聚焦區(qū)域的波矢分布將發(fā)生整體的改變,造成透射場的畸變、強度和對比度下降等一系列問題。本文對離軸光束激發(fā)SPPs的產(chǎn)生機理和分布規(guī)律等特性做了詳細的理論分析和模擬仿真,揭示了離軸光激發(fā)SPPs的一些基本規(guī)律。在理論計算中,本文采用了角譜分析方法;在模擬仿真中,本文采用了基于時域有限差分方法的商業(yè)計算軟件FDTD Solutions.本文首次提出了“臨界離軸角”和“等效數(shù)值孔徑”的概念。透射場強度分布受到縱向共振分量的調(diào)制,離軸角越大,調(diào)制作用越弱,并且存在一個理論臨界離軸角,實際的臨界離軸角小于理論值。在線性偏振光入射的條件下,當光束傾斜方向平行或垂直于偏振方向時,SPPs自干涉場仍然是軸對稱的,但只有一條對稱軸。入射光垂直于偏振方向傾斜會改變聚焦光場的S波和P波成分,降低SPPs的激發(fā)效率。在同一角度下,傾斜激發(fā)的效率比離軸激發(fā)要高。光束的傾斜或離軸入射實際上是減小了共振成分對整個透射場的調(diào)制作用,使儀器成像分辨率下降。本文角譜計算與FDTD仿真的光場分布基本相同,但FDTD仿真的光場條紋對比度更高。兩種方法的計算結(jié)果MSE都不超過0.02,因此,本文推導的光場角譜公式基本合理。
[Abstract]:Surface Plasmon Polaritons (SPPs) is an electromagnetic wave excited on a metal surface. It has the characteristics of near-field enhancement, sub-wavelength localization and anomalous dispersion, so it can manipulate photons at sub-wavelength scale. It has been widely used in various fields. Due to the existence of a diffraction limit which can not be exceeded by classical optics, it is difficult to improve the resolution of existing optical instruments. Optoelectronic devices cannot achieve a higher degree of integration. Surface plasma polar elements provide an important breakthrough to solve this problem. In addition, in optical instruments designed based on the principle of near axis, The paraxial property of the incident beam is an important condition to ensure the imaging quality. The off-axis of the beam will lead to aberration, which greatly reduces the imaging resolution of the instrument. The off-axis of the beam directly affects the application effect of SPPs. It is of great theoretical and practical significance to understand the characteristics of the SPPs field excited by off-axis light. The SPPs excited by the normal incident deep focusing light has the advantages of symmetry and simplicity of calculation. When the beam deviates from the optical axis, the wave vector distribution in the focusing region will change as a whole. A series of problems such as distortion of transmission field, decrease of intensity and contrast, etc. In this paper, the mechanism and distribution of SPPs excited by off-axis beam are analyzed and simulated in detail. Some basic laws of off-axis photoexcitation SPPs are revealed. In theoretical calculation, the angular spectrum analysis method is used, and in the simulation, In this paper, the commercial computing software FDTD solutions based on finite-difference time-domain method is used. The concepts of "critical off-axis angle" and "equivalent numerical aperture" are proposed for the first time. The intensity distribution of the transmission field is modulated by the longitudinal resonance component, and the off-axis angle increases. The weaker the modulation action is, and the existence of a theoretical critical off-axis angle, the actual critical off-axis angle is smaller than the theoretical value. When the beam tilting direction is parallel or perpendicular to the polarization direction, the SPPs self-interference field is still axisymmetric, but there is only one symmetry axis. The S wave and P wave composition of the focused light field will be changed when the incident light tilts perpendicular to the polarization direction. Reducing the excitation efficiency of SPPs. At the same angle, the efficiency of inclined excitation is higher than that of off-axis excitation. The tilt or off-axis incidence of the beam actually reduces the modulation effect of resonance components on the whole transmission field. The optical field distribution of this paper is basically the same as that of FDTD simulation, but the contrast of light field fringes in FDTD simulation is higher. The calculated results of both methods are less than 0.02, so, The formula of angular spectrum of light field derived in this paper is basically reasonable.
【學位授予單位】：南昌航空大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O436.1;O441.4

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