【摘要】：隨著精密加工技術(shù)的發(fā)展,光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)尺寸已經(jīng)能夠達到微納米量級。光學(xué)微結(jié)構(gòu)包含了許多獨特的光學(xué)特性,受到越來越多研究人員的關(guān)注,從而衍生出許多新型交叉學(xué)科,比如近場光學(xué)、原子光學(xué)、表面等離子體光子學(xué)、光學(xué)晶格等。衍射作為基本且重要的光學(xué)現(xiàn)象,在光學(xué)領(lǐng)域是普遍存在的。本文從微納米層面出發(fā),研究了亞波長金屬圓板及其陣列結(jié)構(gòu)的矢量衍射。概括了矢量光場的光學(xué)特性以及矢量光場和矢量光束方面的研究應(yīng)用,介紹了矢量衍射理論的基本原理,綜述了表面等離激元的特性及激發(fā)方式。用有限元法研究了線偏振平面波通過亞波長薄圓板的矢量衍射。研究發(fā)現(xiàn),近場衍射區(qū)域不僅存在入射偏振分量,而且還存在其它兩個垂直方向的偏振分量。無論圓板的波長與半徑之間的關(guān)系如何,衍射場都可以演化成穩(wěn)定的環(huán)形衍射圖樣,其中存在一個中心亮點(即所謂的泊松斑)。電場振幅平方與平均坡印廷矢量作為兩種強度表達式在傳播距離很小的情況下,其衍射特性有明顯的差異,而當(dāng)傳播距離較大時(如大于一個波長)可以認(rèn)為它們是相同的。無論波長和圓板半徑什么關(guān)系,光強在中心軸線上隨傳播距離的增大都能演化成一個穩(wěn)定值。應(yīng)用矢量平面角譜法推導(dǎo)了線偏振高斯光束通過亞波長圓板衍射場中光場的解析表達式,利用數(shù)值計算軟件Mathematic研究了消逝場和傳播場在近場衍射區(qū)域的演化,并與有限元法的研究結(jié)果進行了比較。研究了圓板衍射的磁場特性,發(fā)現(xiàn)衍射區(qū)域磁場截面的二維分布圖樣與電場類似,但是磁場在傳播方向上的演化與電場差異明顯。同時,提出一種薄金屬圓板與原子耦合的混合系統(tǒng),發(fā)現(xiàn)在薄金屬圓板100納米以內(nèi)形成了亞波長勢阱,可以對單個或少量冷原子進行囚禁。通過改變圓板參數(shù),可以對混合系統(tǒng)中原子勢阱的囚禁距離與勢阱體積進行調(diào)控。研究結(jié)果對微納米光學(xué)器件與原子物理提供了一種新的混合系統(tǒng)方案。在單圓板矢量衍射的研究基礎(chǔ)上,提出了3×3金屬圓板陣列方案。首先,強調(diào)了仿真計算中波源和吸收邊界條件的設(shè)置問題。其次,研究了不同入射波長下圓板陣列附近的光場分布,分析了局域表面等離激元在圓板上的分布以及局域場增強效應(yīng),討論了吸收光譜在不同參數(shù)下的變化。重點研究了衍射光場的近場耦合與局域表面等離激元耦合的異同。最后討論了加入二氧化硅基底對光場光強的影響。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O436.1

【參考文獻】

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本文編號：2707163