【摘要】：單向性好、激發(fā)效率高的SPP源在納米光子集成和納米測量方面都有重要的應用需求。本論文研究高階模厄米高斯光束與金屬薄膜上的納米狹縫、狹縫對和納米孔對陣列等結構的相互作用規(guī)律,發(fā)展了非對稱SPP激發(fā)的新方法。由于高階厄米高斯光場在暗線兩側具有π位相躍變和大的光強梯度,它和對稱納米結構發(fā)生錯位耦合時將會激發(fā)出非對稱的SPP。通過理論分析,分別給出了金屬薄膜上的納米狹縫、狹縫對和納米孔對陣列結構的SPP激發(fā)模型。時域有限差分法(FDTD)模擬和理論分析都顯示,在亞波長錯位耦合的情況下,金屬狹縫陣列結構可以獲得更為顯著的非對稱SPP激發(fā)。進一步,我們利用聚焦離子束(FIB)刻蝕方法分別加工了各種納米結構,并利用泄露輻射顯微成像的方法驗證了上述的理論分析和數(shù)值計算結果。實驗結果驗證了高階厄米高斯光場與金屬狹縫之間相互作用非對稱激發(fā)SPP的效應,同時也證明了這種非對稱激發(fā)效應的動態(tài)可調特性。利用高階高斯光束與金屬狹縫陣列結構實現(xiàn)了動態(tài)調控SPP的激發(fā)方向,在探測亞波長位移上提供了一種新的方法,這在納米測量技術等領域有著重要應用價值。本文主要包括以下幾方面的內容:(1)研究了一階模厄米高斯光光強和相位分布不連續(xù)性的特性。使用時域有限差分法對一階模厄米高斯光束進行數(shù)值模擬,并在實驗上使用徑向光偏振片和線偏振片結合生成了 HG10模的高斯光。(2)對比已有的非對稱SPP激發(fā)方法,提出了一種基于金屬狹縫結構的理論模型,實現(xiàn)了動態(tài)調控SPP的非對稱激發(fā)。進一步提出金屬雙狹縫陣列模型,實現(xiàn)了更為顯著的非對稱SPP激發(fā)。結合SPP干涉和偶極子相互作用的原理,對金屬狹縫模型和金屬狹縫陣列模型進行了理論分析。使用FDTD模擬了金屬狹縫模型和金屬狹縫陣列模型的近場分布和遠場分布,驗證了非對稱激發(fā)SPP和動態(tài)調控散射場方向和分束比的物理過程。(3)采用聚焦離子束(FIB)刻蝕的方法在50nm厚的銀膜上制備了金屬狹縫陣列結構。使用泄露輻射成像系統(tǒng)對非對稱激發(fā)效應進行了實驗驗證,實驗結果驗證了高階厄米高斯光場與金屬狹縫之間相互作用非對稱激發(fā)SPP的效應,同時也證明了這種非對稱激發(fā)效應的動態(tài)可調特性。本論文的創(chuàng)新點主要包括:(1)首次提出使用高階厄米高斯光束作為入射光,聚焦入射在金屬狹縫結構和金屬狹縫陣列結構上,通過調控高階厄米高斯光奇異暗線與結構的相對位置,實現(xiàn)了非對稱激發(fā)SPP效應。(2)將動態(tài)調控SPP的傳輸方向及散射分束比與納米尺度位置的微小位移結合。通過控制HG10光束奇異暗線與金屬狹縫陣列結構相對位置的改變,實現(xiàn)了 SPP非對稱激發(fā)的分束比逐漸增大。這在納米測量技術及納米尺度位移傳感器等方面具有重要的應用需求。
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O435
【圖文】：

光［２＜）］等領域取得了廣泛關注。逡逑１．２．１表面等離子體的色散關系逡逑以半無限大介質－金屬界面結構為例分析ＳＰＰ的光學特性，如圖１．１所示，逡逑該結構由上下兩部分組成，ｚ＞０的部分是各項同性的電介質材料，其相對介電常逡逑數(shù)用＆表示，為正實數(shù)；ｚ＜0的部分是金屬，金屬的介電常數(shù)用逡逑ｆｍ0ｙ）邋＝邋４（＜ｙ）邋＋邋ｚ＿ｆ，．（＆＞）表示。通過Ｄｒｕｄｅ模型［２１］可知，在可見光波段，金屬介電逡逑常數(shù)的實部為負值，虛部為正值，且｜＆0ｙ）｜？ｋ，．（叫｜。通常，金屬和電介質在可逡逑見光頻段都可以當作是非鐵磁介質。在沒有外部電荷和電流密度分布時，求解麥逡逑克斯韋方程組，就可以得到沿界面?zhèn)鞑サ模樱校猩㈥P系。逡逑Ｚ逡逑Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ邋ｓｄ邋＾逡逑Ｍｅｔａｌ逡逑圖１．１邋ＳＰＰ在金屬－介質界面?zhèn)鞑ュ义鲜紫确治鼋橘|－金屬界面上的表面電磁模式是橫磁模式（ＴＭ，Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ逡逑Ｍａｇｎｅｔｉｃ）時的場分布

（ａ）邐（ｂ）逡逑圖１．３棱鏡耦合激發(fā)ＳＰＰ示意圖逡逑光柵耦合激發(fā)ＳＰＰ本質上是衍射補償?shù)姆椒ǎ鈻旁诠庹盏那闆r下，所產生逡逑的高級次衍射光可以提供波矢補償［２６］。常用的光柵主要是一維光柵，二維光柵和逡逑周期性點陣結構。光線以角度０入射到一維光柵上，如圖１．４所示，光線與光柵逡逑相互作用后，沿著界面方向的波矢為逡逑ｋｘ邋＝ｋ０ｓ＼ｎＯ－＼－ｍ邐（１．８）逡逑ｄ逡逑其中＆為入射光波矢，ｍ邋（正整數(shù)）是光柵的衍射極次，ｄ為光柵的周期。逡逑要在金屬表面激發(fā)ＳＰＰ需要選擇合適的光柵周期，滿足＜邐。逡逑Ｉ逡逑ｉＸｅ邋；邋ｋ￥ｐｐ邋，逡逑圖１．４光柵耦合激發(fā)ＳＰＰ逡逑５逡逑

（ａ）邐（ｂ）逡逑圖１．３棱鏡耦合激發(fā)ＳＰＰ示意圖逡逑光柵耦合激發(fā)ＳＰＰ本質上是衍射補償?shù)姆椒�，光柵在光照的情況下，所產生逡逑的高級次衍射光可以提供波矢補償［２６］。常用的光柵主要是一維光柵，二維光柵和逡逑周期性點陣結構。光線以角度０入射到一維光柵上，如圖１．４所示，光線與光柵逡逑相互作用后，沿著界面方向的波矢為逡逑ｋｘ邋＝ｋ０ｓ＼ｎＯ－＼－ｍ邐（１．８）逡逑ｄ逡逑其中＆為入射光波矢，ｍ邋（正整數(shù)）是光柵的衍射極次，ｄ為光柵的周期。逡逑要在金屬表面激發(fā)ＳＰＰ需要選擇合適的光柵周期，滿足＜邐。逡逑Ｉ逡逑ｉＸｅ邋；邋ｋ￥ｐｐ邋，逡逑圖１．４光柵耦合激發(fā)ＳＰＰ逡逑５逡逑

【參考文獻】

相關期刊論文 前3條

1 王繼成;劉紅嬌;蔡增艷;吳濤;張羽嬋;杜茗晗;許益平;;雙縫波導結構表面等離子體可見光分束器設計[J];激光與光電子學進展;2014年10期

2 陳建軍;李智;龔旗煌;;基于金屬狹縫結構的表面等離激元全光調控[J];量子電子學報;2014年04期

3 陳全勝;佟玉瑩;莊園;蔣曉月;顧磊;王繼成;王躍科;;基于金屬狹縫-凹槽結構單向激發(fā)表面等離子體[J];中國激光;2014年05期

本文編號：2749946