發(fā)布時間：2020-04-10 12:32

【摘要】：光學渦旋是一種特殊光場,它具有螺旋形的波前結(jié)構(gòu)以及相位奇點。相位奇點本質(zhì)上是由光場的波前呈螺旋形分布而產(chǎn)生的,因為螺旋形波前會導致中心處的相位無法確定。最近幾十年來光學渦旋的應用十分廣泛,已經(jīng)在微納米操縱、非線性光學、生物醫(yī)學、光學通信等領(lǐng)域取得了不錯的成果。表面等離激元(surface plasmon polariton,SPP)是由金屬表面的自由電子與入射光場發(fā)生相互作用而產(chǎn)生的一種電磁振蕩。由于SPP能夠?qū)⒐鈭龊芎玫厥`在金屬和介質(zhì)的分界面上,同時還能突破衍射極限并產(chǎn)生較高的場增強效應,因而在產(chǎn)生光學旋渦方面具有獨特的優(yōu)越性。本論文將在現(xiàn)有的理論基礎之上,進行一定程度的深入研究,挖掘出新的SPP渦旋場的產(chǎn)生方法或?qū)ΜF(xiàn)有的產(chǎn)生方法進行一定的優(yōu)化。研究內(nèi)容主要如下:1、研究了一種可以用來激發(fā)SPP渦旋場的圓環(huán)分布的納米腔陣列。分別從圓偏振光、線偏振光兩個方向出發(fā),采用理論模型分析與仿真分析相結(jié)合的研究方法,詳細地研究了該結(jié)構(gòu)激發(fā)SPP渦旋場的條件參數(shù)以及這些條件參數(shù)對于激發(fā)SPP渦旋場所產(chǎn)生的影響。2、提出一種可以用來激發(fā)SPP渦旋場的螺線分布的納米腔陣列。在引入了螺線分布之后,能夠?qū)PP渦旋場產(chǎn)生影響的參數(shù)有內(nèi)外圈納米腔陣列的半徑差、納米腔陣列的旋轉(zhuǎn)變化速度因子、螺線的段數(shù)、螺距與SPP波長的比值這五個參數(shù)。這種結(jié)構(gòu)可以調(diào)控的參數(shù)多,自由度大,因此理論上可以十分方便地通過精確的組合與排列產(chǎn)生任意拓撲荷數(shù)的SPP渦旋場。3、提出了一種可以用來激發(fā)SPP復合渦旋場的多段螺線狹縫結(jié)構(gòu)。先從理論上推導出該SPP復合渦旋場的解析表達式,隨后再結(jié)合仿真軟件進行驗證,最終說明了激發(fā)出的SPP復合渦旋場實際上是由兩個拓撲荷數(shù)不同的SPP渦旋場的疊加所形成的,同時其中拓撲荷數(shù)更小的渦旋場的光場強度相對另一個拓撲荷數(shù)更大的渦旋場來說比較微弱。
【圖文】：

圖 1-1 使用小孔陣列來實現(xiàn) SPP 的聚焦的結(jié)構(gòu)示意圖[39]一般來說，在金屬薄膜與介質(zhì)分界面上所激發(fā)的 SPP 光場都是朝著各個的。2007 年，Lopez-Tejeira 等人[40]發(fā)現(xiàn)可以通過在狹縫的某一側(cè)增加多構(gòu)或者使用非對稱的狹縫結(jié)構(gòu)來使得產(chǎn)生的 SPP 光場只朝著一個方向一個方向的光場則被抑制，其結(jié)構(gòu)與實驗結(jié)果如圖 1-2 所示。如果是在某光柵結(jié)構(gòu)，還需要適當?shù)卣{(diào)整光柵的深度、寬度以及周期性排列這些參到較為理想的實驗結(jié)果。同年，Smolyaninov 等人[41]利用 SPP 設計了一破衍射極限的超透鏡，該透鏡的分辨率可以達到驚人的 70nm。因此在成著很大的應用潛力。

圖 1-1 使用小孔陣列來實現(xiàn) SPP 的聚焦的結(jié)構(gòu)示意圖[39]一般來說，在金屬薄膜與介質(zhì)分界面上所激發(fā)的 SPP 光場都是朝著各個方向傳播的。2007 年，Lopez-Tejeira 等人[40]發(fā)現(xiàn)可以通過在狹縫的某一側(cè)增加多個光柵結(jié)構(gòu)或者使用非對稱的狹縫結(jié)構(gòu)來使得產(chǎn)生的 SPP 光場只朝著一個方向傳播，而另一個方向的光場則被抑制，，其結(jié)構(gòu)與實驗結(jié)果如圖 1-2 所示。如果是在某一側(cè)增加光柵結(jié)構(gòu)，還需要適當?shù)卣{(diào)整光柵的深度、寬度以及周期性排列這些參數(shù)才能達到較為理想的實驗結(jié)果。同年，Smolyaninov 等人[41]利用 SPP 設計了一種可以突破衍射極限的超透鏡，該透鏡的分辨率可以達到驚人的 70nm。因此在成像領(lǐng)域有著很大的應用潛力。
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：O43

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