本文關(guān)鍵詞：表面等離激元納米光子學(xué)中的偏振態(tài)研究

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【摘要】：表面等離激元是一種存在于金屬——介質(zhì)界面上的電磁波模式,根據(jù)它的傳播特性,可以分為表面等離極化激元(SPPs)和局域表面等離激元共振(LSPR)。表面等離激元的最主要特點(diǎn)是對(duì)光場(chǎng)的強(qiáng)烈束縛性和亞波長(zhǎng)特性,使得它們?cè)诩{米光子學(xué)研究中占有重要地位,在全光控制、超分辨成像、光傳感、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、超構(gòu)材料、微納光子電路、增強(qiáng)熒光一拉曼等領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用價(jià)值。近年來(lái),受微電子技術(shù)的帶動(dòng),二維納米加工技術(shù)有了很大的進(jìn)步,人們能方便地進(jìn)行地二維亞波長(zhǎng)微結(jié)構(gòu)加工。這種加工技術(shù)剛好適應(yīng)了表面等離激元對(duì)表面性質(zhì)敏感的特點(diǎn),使得表面等離激元光子學(xué)成為目前最熱門(mén)的研究領(lǐng)域之一。本文的工作就是在表面等離激元微納光子學(xué)的背景下展開(kāi)的。我們利用表面等離極化激元的亞波長(zhǎng)特性和橫波特性,設(shè)計(jì)了微型光學(xué)偏振態(tài)測(cè)量器,能夠?qū)θ我夂暧^光學(xué)偏振態(tài)進(jìn)行測(cè)量。利用局域表面等離激元的天線(xiàn)特性,實(shí)現(xiàn)了對(duì)線(xiàn)偏振光的偏振旋轉(zhuǎn),這為在納米尺度控制光的偏振態(tài)提供了新方法。由于表面等離激元的高束縛性,需要近場(chǎng)方法才能有效的了解它的性質(zhì)。我們總結(jié)了現(xiàn)有的散射型掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡(s-SNOM)成像原理,提出了一個(gè)新的、簡(jiǎn)化的近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡模型。此外,對(duì)多種納米材料,特別是貴金屬納米材料進(jìn)行了詳細(xì)研究。我們還研究了散射近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡的襯度原理,分析了單晶銀納米線(xiàn)上的表面等離激元模式。這些工作在理論和實(shí)驗(yàn)上都取得了有價(jià)值的結(jié)果。1、任意光的偏振態(tài)都可以使用四個(gè)斯托克斯參數(shù)(Stokes Parameters)來(lái)描述。這四個(gè)參數(shù)可以使用線(xiàn)偏振片和四分之一波片——線(xiàn)偏振片組測(cè)量得到,后者相當(dāng)于一個(gè)圓偏振片。通常,一個(gè)完整的偏振態(tài)測(cè)量最少需要四次,每次得到一個(gè)光強(qiáng)值。但是,由于傳統(tǒng)的四分之一波片和線(xiàn)偏振片體積龐大,很難把偏振態(tài)測(cè)量器小型化。我們利用表面等離激元學(xué)中的“牛眼”結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了線(xiàn)偏振片和圓偏振片(四分之一波片——線(xiàn)偏振片組)的集成,成功制作了光偏振態(tài)分析器。實(shí)驗(yàn)表明,這種偏振分析器性能優(yōu)良、單元問(wèn)串?dāng)_小可以用于制作大面積的偏振分析器陣列,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的偏振態(tài)成像。2、光學(xué)旋轉(zhuǎn)是一種具有很高實(shí)用價(jià)值的光學(xué)現(xiàn)象,它起源于介質(zhì)的圓雙折射性,是手性材料都具有的光學(xué)性質(zhì)。一般自然材料的圓雙折射性很弱,在很大的體塊材料中才能觀察到明顯的光學(xué)旋轉(zhuǎn)。雖然在亞波長(zhǎng)尺度上有效控制光的偏振是一件困難的事情,但是,利用表面等離激元的強(qiáng)束縛性,我們實(shí)現(xiàn)了光學(xué)旋轉(zhuǎn)效應(yīng)。在這兒,我們利用局域表面等離激元的天線(xiàn)效應(yīng),制作了SPPs為饋源的圓偏振光學(xué)天線(xiàn),通過(guò)調(diào)節(jié)兩支SPPs饋源之間的相位,在左旋和右旋圓偏振光之間引入了相位延遲。兩圓偏振光重新合成的線(xiàn)偏振光,偏振面可以發(fā)生任意角度的旋轉(zhuǎn)。3、s-SNOM是近期發(fā)展起來(lái)的一種新型的近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡。不同于以往的基于拉錐光纖探針的掃描近場(chǎng)顯微鏡,它直接使用一般的原子力探針,靠收集從原子力探針針尖散射的近場(chǎng)光實(shí)現(xiàn)對(duì)近場(chǎng)的測(cè)量。由于原子力的探針針尖的曲率半徑可以做到很小,因此這種近場(chǎng)顯微鏡具有更高的分辨率,通常在10nm的數(shù)量級(jí)。但是,它同時(shí)也需要復(fù)雜的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)從各種散射信號(hào)中提取有效的近場(chǎng)信號(hào),這無(wú)疑增加了s-SNOM的復(fù)雜度。良好的模型是解釋近場(chǎng)圖像的關(guān)鍵,目前的主要模型是準(zhǔn)靜電偶極子模型。這個(gè)模型在長(zhǎng)波是成功的,但在可見(jiàn)光波段缺乏一般性。我們利用并矢格林函數(shù)法,提出了一個(gè)新的散射近場(chǎng)模型,為解釋實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提供了參考。4、單晶銀納米線(xiàn)是一種重要的表面等離激元材料,常被用作高效的SPPs波導(dǎo)和SPPs共振腔。我們利用散射型近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡,詳細(xì)研究了單晶銀納米線(xiàn)上的SPPs模式,發(fā)現(xiàn)了有趣的整SPPs波長(zhǎng)周期的干涉圖樣。一般情況下,SPPs的駐波模式都是半個(gè)SPPs波長(zhǎng)的。通過(guò)模擬,并參照近場(chǎng)模型,我們發(fā)現(xiàn),這種圖樣來(lái)自激發(fā)光和弱共振SPPs納米線(xiàn)腔模式的干涉作用。此外,我們對(duì)多種納米材料進(jìn)行了近場(chǎng)圖像測(cè)量,我們發(fā)現(xiàn)它們的近場(chǎng)襯度可以分為兩大類(lèi)——光學(xué)屬性襯度和近場(chǎng)強(qiáng)度襯度。而我們的近場(chǎng)模型可以很好的解釋這種分類(lèi)。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：O436.3;O441

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 楊超杰;趙華波;王培培;李潔;唐鵬;曲勝春;林峰;朱星;;Polarization dependence of the light coupling to surface plasmons in an Ag nanoparticle & Ag nanowire system[J];Chinese Physics B;2014年11期

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本文編號(hào)：1298244