光學(xué)表面波是指被束縛在物質(zhì)表面的電磁波,具有多種多樣的存在形式,比如全內(nèi)反射界面的倏逝波,貴金屬/介質(zhì)界面的表面等離激元,介質(zhì)多層膜結(jié)構(gòu)缺陷層內(nèi)的布洛赫表面波。光學(xué)表面波能夠在面內(nèi)被調(diào)控,具有表面電場增強(qiáng)、對環(huán)境的介電常數(shù)敏感以及亞波長傳播等特性,在表面光場調(diào)控、表面拉曼散射、暗場成像、光鑷、微納光子器件、高靈敏度探測等方面得到了廣泛的應(yīng)用。本論文從光學(xué)表面波的電磁特性出發(fā),并結(jié)合泄漏輻射顯微鏡這一有力的實(shí)驗(yàn)觀測手段,重點(diǎn)研究了一維表面等離激元傳播場的調(diào)控、二維聚焦布洛赫表面波光場中的光學(xué)捕獲以及金膜上的聚焦表面等離激元中的熱捕獲。本論文的主要研究工作如下:1、對于沿銀納米線傳播的一維表面等離激元,用具有光子帶隙的介質(zhì)多層膜作為基底,光子禁帶對泄漏輻射具有的阻礙作用,能夠有效的減少傳播光場的泄漏損耗,從而可以提高一維表面等離激元的傳播距離;通過近場耦合的方法,在多層膜基底上實(shí)現(xiàn)的沿銀納米線傳播的一維表面等離激元和沿介質(zhì)納米線傳播的一維布洛赫表面波的耦合,并用耦合模理論分析了兩種一維表面波之間的耦合效率。利用表面等離激元對周圍環(huán)境折射率敏感的特性,通過改變多層膜基底的頂層厚度,來調(diào)控一維... 

【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：101 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１兩種半無大介質(zhì)構(gòu)成的簡單界面??介質(zhì)中的亥姆霍茲方程為??

?第１章緒論???金屬／空氣界面的表面等離激元波矢相匹配，從而能夠激發(fā)金屬／空氣界面的表面??等離激元，波矢匹配方程為??＾ｓｐｐ?—?ｋｏＴｌｐｆｉｇｊｆｉ?ｓｉｔｉ?０Ｓｐｐ?（１．２４）??％＆？１為棱鏡介質(zhì)的折射率，０ｓｐｐ為激發(fā)角度。此方法通常有Ｋｒｅｔｓｃｈｍａｎｎ結(jié)構(gòu)??（圖?１．３?（ａ））、雙層?Ｋｒｅｔｓｃｈｍａｎｎ?結(jié)構(gòu)（圖?１．３?（ｂ））和?Ｏｔｔｏ?結(jié)構(gòu)（圖?１．３?（ｃ））。??由光柵提供波矢量補(bǔ)償?shù)姆椒ㄊ枪鈻偶ぐl(fā)法（圖１．３?（ｅ）），利用光柵提供的??額外波矢來達(dá)到波矢量匹配的條件，激發(fā)表面等離激元。光柵激發(fā)的波矢匹配方??程為??兌ｓｐｐ?＝尨０打?沒ｓｐｐ?±?ｍＧ?（１．２５）??Ｇ?＝?＾?（１．２６）??其中ｎ為光柵臨近介質(zhì)的折射率，Ｇ為光柵常數(shù)，Ａ為光柵周期，ｍ為光柵衍射級??次。??另外還有近場耦合激發(fā)法，探針、顆粒、表面缺陷等結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的近場散射波??具有較寬的空間頻譜，存在滿足波矢匹配條件的空間頻率能夠激發(fā)表面等離激元，??這種激發(fā)方法一般效率較低，常見的有ＳＮＯＭ探針激發(fā)（圖１．３?（ｄ））和納米尺??寸散射體激發(fā)（圖１．３?（ｆ））。??Ａ?Ｚ??Ｅ１?Ｘ??￡３??圖１．４半無限大介質(zhì)－金屬－介質(zhì)構(gòu)成的簡單界面??下面以Ｋｒｅｔｓｃｈｍａｎｎ方式為例，計(jì)算這種結(jié)構(gòu)下的反射率以及光場增強(qiáng)系數(shù)。??考慮圖１．４所示的實(shí)際結(jié)構(gòu)和坐標(biāo)系統(tǒng)。設(shè)棱鏡和介質(zhì)的介電常數(shù)分別為￡３和￡１，??７??

?第１章緒論???（ａ）?（ｂ）??１１?１??＊?■??????９０??（?？８０｜??〇－８?５?７０?（??８?ｔｅ〇??Ｉ〇６?Ｉ－??ｉ〇４?？４０?／??０．２?／??〇０—?２０?—?４０?＂?￣６０?８０?１００?２?１?０?－１?－２??Ｉｎｃｉｄｅｎｔ?Ａｎｇｌｅ?（°）?Ｘ?（ｐｍ）??圖１．５?（ａ）入射光的反射率的隨入射角度的變換曲線；（ｂ）在吸收峰處電場強(qiáng)度的縱向??分布。??１．２布洛赫表面波概述??在上一節(jié)中，我們研宂了表面等離激元的存在條件及其性質(zhì)，在單個或者少??量的界面上，不同介質(zhì)中的電磁場關(guān)系可以很容易的由電磁場的邊值關(guān)系得到，??但是對于分析多層膜內(nèi)部的電磁場，直接求解不同界面處的電磁場關(guān)系會讓問題??變得很復(fù)雜，這時候，我們利用轉(zhuǎn)移矩陣?yán)碚摚ǎ裕颍幔睿螅妫澹?Ｍａｔｒｉｘ?Ｔｈｅｏｒｙ）來處理??這些問題。??１．２．１轉(zhuǎn)移矩陣?yán)碚??對于多層非磁性的平板媒介，我們可以將每一層中的電磁場考慮為兩列平面??電磁波的疊加：即向左傳播的電磁場和向右傳播電磁場的疊加。??ｆｉ－ｌ?’ｉ－ｌ?Ｓｉ?ｈ?Ｅｉ＋１??ａｉ－ｌ?ａｉ?ｆｌｊ＋ｉ?＾ｉ＋１??＾ｉ＿１?ｂｔ?ｂ＇ｉ＋ｌ?ａｉ＋ｌ??Ｘ??ｚ??圖１．６平面電磁波在無限大多層膜中的傳播場??如圖１．６所示，ＴＥ偏振的平面電磁波在多層膜內(nèi)傳播，在第Ｚ層中的電場可??９??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Enhancing plasmonic trapping with a perfect radially polarized beam[J]. XIANYOU WANG,YUQUAN ZHANG,YANMENG DAI,CHANGJUN MIN,XIAOCONG YUAN.  Photonics Research. 2018(09)



本文編號：3597967