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阿基米德螺旋微纳结构中的表面等离激元聚焦

李嘉明 唐鹏 王佳见 黄涛 林峰 方哲宇 朱星

阿基米德螺旋微纳结构中的表面等离激元聚焦

李嘉明, 唐鹏, 王佳见, 黄涛, 林峰, 方哲宇, 朱星
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  • 研究光在微纳结构中的分布与传播, 实现在纳米范围内操纵光子, 对于微型光学芯片的设计有着重要意义. 本文利用聚焦离子束刻蚀方法, 在基底为石英玻璃的150 nm厚金膜上刻制了不同参数的阿基米德螺旋微纳狭缝结构, 通过改变入射光波长、手性、及螺旋结构手性和螺距等方式, 在理论和实验上系统地研究了阿基米德螺旋微纳结构中的表面等离激元聚焦性质. 我们发现, 除了入射激光偏振态、螺旋结构手性之外, 结构螺距与表面等离激元波长的比值也可以用来控制结构表面电场分布, 进而在结构中心形成0阶、1阶乃至更高阶符合隐失贝塞尔函数的涡旋电场. 通过相位分析, 我们对涡旋电场的成因进行了解释. 并利用有限时域差分的模拟方法计算了不同螺距时, 结构中形成的电场及相应空间相位分布. 最后利用扫描近场光学显微镜, 观测结构中不同的光场分布, 在结构中心得到了亚波长的聚焦光斑及符合不同阶贝塞尔函数的涡旋形表面等离激元聚焦环.
      通信作者: 朱星, zhuxing@pku.edu.cn
    • 基金项目: 国家重点基础研究发展计划(批准号:2012CB933004, 2015CB932403)、国家自然科学基金(批准号:61176120, 61378059, 60977015, 61422501, 11374023)、北京自然科学基金(批准号:L140007)资助的课题.
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    Raether H 1988 Surface plasmons-on smooth and rought surfaces and on gratings (Berlin: Springer-Verlag) pp23-25

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    Fischer U, Pohl D 1989 Phys. Rev. Lett. 62 458

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    Song W T, Fang Z Y, Huang S 2010 Opt. Express 18 14762

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    Lee B, Kim S, Kim H 2010 Prog. Quant. Electron 34 47

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    Holmgaard T, Gosciniak J, Bozhevolnyi S I 2010 Opt. Express 18 23009

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    Fang Z Y, Zhu X 2011 Acta Phys. Sin. 60 594 (in Chinese) [方哲宇, 朱星 2011 物理学报 60 594]

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    Miao J J, Wang Y S, Guo C F 2011 Plasmonics 6 235

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    Tomoki O, Shintaro M 2006 Opt. Express 14 6285

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    Tsai W Y, Huang J S, Huang C B 2013 Nano Lett. 10 1021

    [19]

    Palik E D 1985 Handbook of optical constants of solids(New York: Academic) pp60

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    Palik E D 1985 Handbook of optical constants of solids(New York: Academic) pp60

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出版历程
  • 收稿日期:  2015-04-09
  • 修回日期:  2015-05-10
  • 刊出日期:  2015-10-05

阿基米德螺旋微纳结构中的表面等离激元聚焦

  • 1. 北京大学物理学院, 人工微结构与介观物理国家重点实验室, 北京 100871;
  • 2. 北京大学前沿交叉学科研究院, 纳米科学与技术中心, 北京 100871;
  • 3. 国家纳米科学中心, 北京 100190
  • 通信作者: 朱星, zhuxing@pku.edu.cn
    基金项目: 

    国家重点基础研究发展计划(批准号:2012CB933004, 2015CB932403)、国家自然科学基金(批准号:61176120, 61378059, 60977015, 61422501, 11374023)、北京自然科学基金(批准号:L140007)资助的课题.

摘要: 研究光在微纳结构中的分布与传播, 实现在纳米范围内操纵光子, 对于微型光学芯片的设计有着重要意义. 本文利用聚焦离子束刻蚀方法, 在基底为石英玻璃的150 nm厚金膜上刻制了不同参数的阿基米德螺旋微纳狭缝结构, 通过改变入射光波长、手性、及螺旋结构手性和螺距等方式, 在理论和实验上系统地研究了阿基米德螺旋微纳结构中的表面等离激元聚焦性质. 我们发现, 除了入射激光偏振态、螺旋结构手性之外, 结构螺距与表面等离激元波长的比值也可以用来控制结构表面电场分布, 进而在结构中心形成0阶、1阶乃至更高阶符合隐失贝塞尔函数的涡旋电场. 通过相位分析, 我们对涡旋电场的成因进行了解释. 并利用有限时域差分的模拟方法计算了不同螺距时, 结构中形成的电场及相应空间相位分布. 最后利用扫描近场光学显微镜, 观测结构中不同的光场分布, 在结构中心得到了亚波长的聚焦光斑及符合不同阶贝塞尔函数的涡旋形表面等离激元聚焦环.

English Abstract

参考文献 (19)

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