發(fā)布時(shí)間：2020-04-10 12:32

【摘要】：光學(xué)渦旋是一種特殊光場(chǎng),它具有螺旋形的波前結(jié)構(gòu)以及相位奇點(diǎn)。相位奇點(diǎn)本質(zhì)上是由光場(chǎng)的波前呈螺旋形分布而產(chǎn)生的,因?yàn)槁菪尾ㄇ皶?huì)導(dǎo)致中心處的相位無(wú)法確定。最近幾十年來(lái)光學(xué)渦旋的應(yīng)用十分廣泛,已經(jīng)在微納米操縱、非線性光學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、光學(xué)通信等領(lǐng)域取得了不錯(cuò)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(chǎng)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?chǎng)很好地束縛在金屬和介質(zhì)的分界面上,同時(shí)還能突破衍射極限并產(chǎn)生較高的場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng),因而在產(chǎn)生光學(xué)旋渦方面具有獨(dú)特的優(yōu)越性。本論文將在現(xiàn)有的理論基礎(chǔ)之上,進(jìn)行一定程度的深入研究,挖掘出新的SPP渦旋場(chǎng)的產(chǎn)生方法或?qū)ΜF(xiàn)有的產(chǎn)生方法進(jìn)行一定的優(yōu)化。研究?jī)?nèi)容主要如下:1、研究了一種可以用來(lái)激發(fā)SPP渦旋場(chǎng)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(gè)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(xì)地研究了該結(jié)構(gòu)激發(fā)SPP渦旋場(chǎng)的條件參數(shù)以及這些條件參數(shù)對(duì)于激發(fā)SPP渦旋場(chǎng)所產(chǎn)生的影響。2、提出一種可以用來(lái)激發(fā)SPP渦旋場(chǎng)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(chǎng)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(zhǎng)的比值這五個(gè)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(guò)精確的組合與排列產(chǎn)生任意拓?fù)浜蓴?shù)的SPP渦旋場(chǎng)。3、提出了一種可以用來(lái)激發(fā)SPP復(fù)合渦旋場(chǎng)的多段螺線狹縫結(jié)構(gòu)。先從理論上推導(dǎo)出該SPP復(fù)合渦旋場(chǎng)的解析表達(dá)式,隨后再結(jié)合仿真軟件進(jìn)行驗(yàn)證,最終說(shuō)明了激發(fā)出的SPP復(fù)合渦旋場(chǎng)實(shí)際上是由兩個(gè)拓?fù)浜蓴?shù)不同的SPP渦旋場(chǎng)的疊加所形成的,同時(shí)其中拓?fù)浜蓴?shù)更小的渦旋場(chǎng)的光場(chǎng)強(qiáng)度相對(duì)另一個(gè)拓?fù)浜蓴?shù)更大的渦旋場(chǎng)來(lái)說(shuō)比較微弱。
【圖文】：

圖 1-1 使用小孔陣列來(lái)實(shí)現(xiàn) SPP 的聚焦的結(jié)構(gòu)示意圖[39]一般來(lái)說(shuō)，在金屬薄膜與介質(zhì)分界面上所激發(fā)的 SPP 光場(chǎng)都是朝著各個(gè)的。2007 年，Lopez-Tejeira 等人[40]發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)在狹縫的某一側(cè)增加多構(gòu)或者使用非對(duì)稱(chēng)的狹縫結(jié)構(gòu)來(lái)使得產(chǎn)生的 SPP 光場(chǎng)只朝著一個(gè)方向一個(gè)方向的光場(chǎng)則被抑制，其結(jié)構(gòu)與實(shí)驗(yàn)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(dāng)?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(shí)驗(yàn)結(jié)果。同年，Smolyaninov 等人[41]利用 SPP 設(shè)計(jì)了一破衍射極限的超透鏡，該透鏡的分辨率可以達(dá)到驚人的 70nm。因此在成著很大的應(yīng)用潛力。

圖 1-1 使用小孔陣列來(lái)實(shí)現(xiàn) SPP 的聚焦的結(jié)構(gòu)示意圖[39]一般來(lái)說(shuō)，在金屬薄膜與介質(zhì)分界面上所激發(fā)的 SPP 光場(chǎng)都是朝著各個(gè)方向傳播的。2007 年，Lopez-Tejeira 等人[40]發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)在狹縫的某一側(cè)增加多個(gè)光柵結(jié)構(gòu)或者使用非對(duì)稱(chēng)的狹縫結(jié)構(gòu)來(lái)使得產(chǎn)生的 SPP 光場(chǎng)只朝著一個(gè)方向傳播，而另一個(gè)方向的光場(chǎng)則被抑制，，其結(jié)構(gòu)與實(shí)驗(yàn)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(dāng)?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(dá)到較為理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。同年，Smolyaninov 等人[41]利用 SPP 設(shè)計(jì)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(dá)到驚人的 70nm。因此在成像領(lǐng)域有著很大的應(yīng)用潛力。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：O43

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