表面波光场调控及其应用的研究
发布时间：2022-01-20 02:01
光学表面波是指被束缚在物质表面的电磁波,具有多种多样的存在形式,比如全内反射界面的倏逝波,贵金属/介质界面的表面等离激元,介质多层膜结构缺陷层内的布洛赫表面波。光学表面波能够在面内被调控,具有表面电场增强、对环境的介电常数敏感以及亚波长传播等特性,在表面光场调控、表面拉曼散射、暗场成像、光镊、微纳光子器件、高灵敏度探测等方面得到了广泛的应用。本论文从光学表面波的电磁特性出发,并结合泄漏辐射显微镜这一有力的实验观测手段,重点研究了一维表面等离激元传播场的调控、二维聚焦布洛赫表面波光场中的光学捕获以及金膜上的聚焦表面等离激元中的热捕获。本论文的主要研究工作如下:1、对于沿银纳米线传播的一维表面等离激元,用具有光子带隙的介质多层膜作为基底,光子禁带对泄漏辐射具有的阻碍作用,能够有效的减少传播光场的泄漏损耗,从而可以提高一维表面等离激元的传播距离;通过近场耦合的方法,在多层膜基底上实现的沿银纳米线传播的一维表面等离激元和沿介质纳米线传播的一维布洛赫表面波的耦合,并用耦合模理论分析了两种一维表面波之间的耦合效率。利用表面等离激元对周围环境折射率敏感的特性,通过改变多层膜基底的顶层厚度,来调控一维...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：101 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１两种半无大介质构成的简单界面??介质中的亥姆霍兹方程为??
?第１章绪论???金属／空气界面的表面等离激元波矢相匹配，从而能够激发金属／空气界面的表面??等离激元，波矢匹配方程为??＾ｓｐｐ?—?ｋｏＴｌｐｆｉｇｊｆｉ?ｓｉｔｉ?０Ｓｐｐ?（１．２４）??％＆？１为棱镜介质的折射率，０ｓｐｐ为激发角度。此方法通常有Ｋｒｅｔｓｃｈｍａｎｎ结构??（图?１．３?（ａ））、双层?Ｋｒｅｔｓｃｈｍａｎｎ?结构（图?１．３?（ｂ））和?Ｏｔｔｏ?结构（图?１．３?（ｃ））。??由光栅提供波矢量补偿的方法是光栅激发法（图１．３?（ｅ）），利用光栅提供的??额外波矢来达到波矢量匹配的条件，激发表面等离激元。光栅激发的波矢匹配方??程为??兑ｓｐｐ?＝尨０打?沒ｓｐｐ?±?ｍＧ?（１．２５）??Ｇ?＝?＾?（１．２６）??其中ｎ为光栅临近介质的折射率，Ｇ为光栅常数，Ａ为光栅周期，ｍ为光栅衍射级??次。??另外还有近场耦合激发法，探针、颗粒、表面缺陷等结构产生的近场散射波??具有较宽的空间频谱，存在满足波矢匹配条件的空间频率能够激发表面等离激元，??这种激发方法一般效率较低，常见的有ＳＮＯＭ探针激发（图１．３?（ｄ））和纳米尺??寸散射体激发（图１．３?（ｆ））。??Ａ?Ｚ??Ｅ１?Ｘ??￡３??图１．４半无限大介质－金属－介质构成的简单界面??下面以Ｋｒｅｔｓｃｈｍａｎｎ方式为例，计算这种结构下的反射率以及光场增强系数。??考虑图１．４所示的实际结构和坐标系统。设棱镜和介质的介电常数分别为￡３和￡１，??７??
?第１章绪论???（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）??图１．５?（ａ）入射光的反射率的随入射角度的变换曲线；（ｂ）在吸收峰处电场强度的纵向??分布。??１．２布洛赫表面波概述??在上一节中，我们研宂了表面等离激元的存在条件及其性质，在单个或者少??量的界面上，不同介质中的电磁场关系可以很容易的由电磁场的边值关系得到，??但是对于分析多层膜内部的电磁场，直接求解不同界面处的电磁场关系会让问题??变得很复杂，这时候，我们利用转移矩阵理论（Ｔｒａｎｓｆｅｒ?Ｍａｔｒｉｘ?Ｔｈｅｏｒｙ）来处理??这些问题。??１．２．１转移矩阵理论??对于多层非磁性的平板媒介，我们可以将每一层中的电磁场考虑为两列平面??电磁波的叠加：即向左传播的电磁场和向右传播电磁场的叠加。??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??图１．６平面电磁波在无限大多层膜中的传播场??如图１．６所示，ＴＥ偏振的平面电磁波在多层膜内传播，在第Ｚ层中的电场可??９??
【参考文献】：
期刊论文
[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)
本文编号：3597967
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：101 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１两种半无大介质构成的简单界面??介质中的亥姆霍兹方程为??
?第１章绪论???金属／空气界面的表面等离激元波矢相匹配，从而能够激发金属／空气界面的表面??等离激元，波矢匹配方程为??＾ｓｐｐ?—?ｋｏＴｌｐｆｉｇｊｆｉ?ｓｉｔｉ?０Ｓｐｐ?（１．２４）??％＆？１为棱镜介质的折射率，０ｓｐｐ为激发角度。此方法通常有Ｋｒｅｔｓｃｈｍａｎｎ结构??（图?１．３?（ａ））、双层?Ｋｒｅｔｓｃｈｍａｎｎ?结构（图?１．３?（ｂ））和?Ｏｔｔｏ?结构（图?１．３?（ｃ））。??由光栅提供波矢量补偿的方法是光栅激发法（图１．３?（ｅ）），利用光栅提供的??额外波矢来达到波矢量匹配的条件，激发表面等离激元。光栅激发的波矢匹配方??程为??兑ｓｐｐ?＝尨０打?沒ｓｐｐ?±?ｍＧ?（１．２５）??Ｇ?＝?＾?（１．２６）??其中ｎ为光栅临近介质的折射率，Ｇ为光栅常数，Ａ为光栅周期，ｍ为光栅衍射级??次。??另外还有近场耦合激发法，探针、颗粒、表面缺陷等结构产生的近场散射波??具有较宽的空间频谱，存在满足波矢匹配条件的空间频率能够激发表面等离激元，??这种激发方法一般效率较低，常见的有ＳＮＯＭ探针激发（图１．３?（ｄ））和纳米尺??寸散射体激发（图１．３?（ｆ））。??Ａ?Ｚ??Ｅ１?Ｘ??￡３??图１．４半无限大介质－金属－介质构成的简单界面??下面以Ｋｒｅｔｓｃｈｍａｎｎ方式为例，计算这种结构下的反射率以及光场增强系数。??考虑图１．４所示的实际结构和坐标系统。设棱镜和介质的介电常数分别为￡３和￡１，??７??
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【参考文献】：
期刊论文
[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)
本文编号：3597967
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