径向偏振光下的长焦、紧聚焦表面等离子体激元透镜

表面等离子体激元透镜(plasmonic lens, PL)是一种通过激发和操控表面等离子体激元 (SPPs), 突破衍射极限, 实现亚波长紧聚焦的纳米光子器件. 如何实现高效率的紧聚焦及调控, 一直是研究PL的重点. 如果选取电矢量沿径向振动的径向偏振光作为PL的入射光, 可从各个方向激发SPPs, 提高紧聚焦的能量效率. 本文提出了一种在径向偏振光激发下的长焦深、长焦距、亚波长紧聚焦的表面等离子体激元透镜, 该透镜由中心T 形微孔、阶梯形同心环和同心环结构组成. 本文首先利用有限元方法数值分析了中心微孔-同心环结构透镜的聚焦特性, 结果显示径向偏振光由底部入射可高效激发SPPs, 并且中心微孔透射光与散射至自由空间的SPPs由于多光束干涉形成了紧聚焦. 为进一步压缩焦斑、增加焦距、加深焦深、改善透镜聚焦特性, 本文引入中心T形微孔-阶梯形同心环结构, 从而对阶梯表面的SPPs同时提供了相位调制和传播方向的控制. 经过参数优化, 该透镜结构实现了光斑焦深、半高宽、焦距分别是入射光波长的2.5倍、0.388 倍、3.22倍的亚波长紧聚焦; 而且该透镜具有结构紧凑、尺寸小、易于集成的优点, 满足了纳米光子学对于器件微型化和高度集成化的要求. 该研究结果在纳米光子集成、近场光学成像与探测、纳米光刻等相关领域具有潜在的应用价值.     

基于纳米光学等离子晶体的新型纳米光子学器件的发展

通过设计合适的纳米表面等离子结构,纳米光学等离子晶体具有光场增强效应,能调控近场范围内的光场分布,可用来设计新型的纳米光子学器件。介绍了纳米光学等离子晶体的原理、结构特点、制作工艺和纳米光子学器件的设计方法,对纳米光学等离子晶体和普通光子晶体做了比较。归纳了纳米光学等离子晶体的物理机制、光学特征,描述并分析了波长选择性场增强效应和束流效应等。给出几种基于纳米光学等离子晶体的纳米光子学器件应用实例。     

太赫兹波段表面等离子光子学研究进展

表面等离子光子学是研究金属、 半导体纳米结构材料独特的光学特性, 是目前光子学中最有吸引力、 发展最快的领域之一. 伴随着微/纳制造技术与计算机模拟技术的进步, 表面等离子光子学在可见光、 红外、 太赫兹以及微波频域得到了广泛研究, 在高灵敏生化传感、 亚波长光波导、 近场光学显微、 纳米光刻等领域有潜在的应用价值. 特别是人工超材料的发展, 为自然界长期缺乏响应太赫兹波的材料和器件奠定了基础, 从而也促进了太赫兹波段表面等离子光子学的研究. 本文从太赫兹表面等离子波的激发、 传导、 最新应用及未来发展趋势等几个方面进行了回顾和讨论, 将最新研究成果展示给读者.     

表面等离激元体干涉制备纳米光子晶体的模拟分析

利用表面等离激元短波长和近场增强效应的特性,用多束P偏振态相干光激发表面等离激元(SPPs),并优化干涉光刻的曝光参数,可获得高分辨率、高对比度周期性纳米结构.阐述了多束SPPs干涉法制备纳米光子晶体的原理,并得到了干涉场强度分布随光束增加的关系.随着干涉SPPs数目的增加,干涉场会复杂变化,对此进行了计算机模拟.模拟了三束SPPs和六束SPPs干涉的强度分布,并分析了调制技术干涉曝光结果,该方法适合光电子器件中大范围亚波长的周期性孔阵或点阵结构的制作以及纳米量级光子晶体的的制作,并可以有效降低制作成本.     

表面等离子体亚波长光学前沿进展

目前表面等离子体激元(surface plasmon polaritons，SPPs)在光存储、光激发、显微术以及生物光子学等领域中的应用前景受到了广泛的关注．文章介绍了SPPs的基本性质和表面等离子体亚波长光学(surface plasmons subwavelength optics)研究中的热点问题及发展方向．     

太赫兹表面极化激元

作为束缚于表面或界面的电磁波与极性元激发的耦合模量子,表面极化激元是克服衍射极限的核心物理.在紫外、可见以及近红外波段,表面等离子极化激元展现出了亚波长特性,具有高分辨成像等应用,并发展成为"表面等离子极化激元亚波长光学"学科;在中红外波段,表面声子极化激元发挥着同样的作用.太赫兹波段曾是人类认识的空白区域,近三十年来得以高速发展,其战略意义重大.具有克服衍射极限能力的太赫兹表面极化激元同样是小型化与集成化太赫兹器件,以及太赫兹超高分辨成像的重要物理基础.近几年来,对以石墨烯为代表的二维材料的研究突飞猛进,诞生了"石墨烯表面等离子极化激元亚波长光学"这门学科,并贡献于太赫兹领域.本文对可在太赫兹波段工作的人工超构材料、掺杂半导体、二维电子气、二维材料、拓扑绝缘体等结构材料的表面极化激元进行了较为全面的总结与介绍,为研制克服衍射极限的太赫兹集成光子学器件提供可资借鉴的物理基础.     

表面等离子体亚波长光学原理和新颖效应

表面等离子体是沿着导体表面传播的波，当改变金属表面结构时，表面等离子体激元（surface plasmon polaritons，SPPs）的性质、色散关系、激发模式、耦合效应等都将产生重大的变化．通过SPPs与光场之间相互作用，能够实现对光传播的主动操控．表面等离子体光子学（plasmonics）已成为一门新兴的学科，它的原理、新颖效应以及机制的探究，都极大地吸引研究者们的兴趣．SPPs具有广阔的应用前景，例如，应用于制作各种SPPs元器件和回路，制作纳米波导、表面等离子体光子芯片、耦合器、调制器和开关，应用于亚波长光学数据存储、新型光源、突破衍射极限的超分辨成像、SPPs纳米光刻蚀术、以及生物光学（作为传感器和探测器）．文章介绍了表面等离子体光子学原理、新颖效应和物理机制，并简述若干应用。     

表面增强光学力与光操纵研究进展

金属纳米结构在光激发下产生的表面等离激元,可导致亚波长光场局域、近场增强等效应,在表面增强光谱、超灵敏传感、微流控芯片、光学力等方面有重要的应用.对于光学力而言,首先,由于表面等离激元共振及其导致的电场增强对于入射波长、几何结构等具有较强的依赖性,而光学力又与电场分布密切相关,所以可利用光镊(会聚光束)来操纵或筛选金属纳米颗粒;其次,入射光激发金属纳米颗粒聚集体后,在间隙形成的较大的近场增强和梯度,也可看作一种"等离激元镊",用于操纵其他颗粒;最后,当入射光的偏振改变甚至为新型光束的情况下,光学操纵将具有更高的自由度.本文首先简要介绍了表面等离激元增强光学力的计算;之后围绕光镊作用于等离激元金属纳米颗粒,等离激元镊作用于其他颗粒,与偏振、新型光场或手性结构相关的等离激元光学力这三个方面,综述了近年来表面等离激元金属纳米颗粒光学力和光操纵的一些新进展;最后提出了表面增强光学力与光操纵的若干研究趋势.     

表面等离子体激元纳米集成光子器件

纳米集成光子学的核心关键技术之一在于新型高效纳米光耦合器、纳米光波导等纳米光子器件的设计与制备.表面等离子体激元（SPPs）是由外部电磁场与金属表面自由电子相互作用形成的一种相干共振,除具有巨大的局部场增强效应外,还具有将激发电磁场能量限制在纳米尺度范围的特点.基于SPPs的各种纳米光子器件被誉为当今最有希望的纳米全光集成回路的基础,成为目前国际上的一个研究热点.文章对基于SPPs的纳米集成光子器件的最新研究进展和研究成果进行评述。     

从plasmon到nanoplasmonics——近代光子学前沿及液晶在其动态调制中的应用

本综述首先较为系统地介绍了近代光子学的一个重要分支——纳米等离子激元学(nanoplasmonics)中有关基础概念的物理、光学背景及推动该学科的演绎发展脉络. 这包括由在平滑界面上的光学表面波(optical surface wave)从物理上导出表面等离子激元(surface plasmon polariton, SPP)的概念, 再由粗糙表面及较大金属颗粒对SPP的影响, 引出线度远小于光波长的纳米金属颗粒与光电磁波的相互作用的结果: 本地表面等离子激元(localized surface plasmon polariton)的存在, 亦即纳米等离子激元学的基础. 在简介了纳米等离子激元学器件系统如何在诸多领域突破了传统光学的束缚, 演绎开辟出了近代光学研究的许多特异的新领域后, 特别关注了近期迅速发展并引起越来越多关注的可调制的纳米等离子激元学(tuneable nanoplasmonics)器件的领域. 液晶材料在光学响应方面特有的可调制特性, 使其在纳米等离子激元学器件的调制中成为一个具有非常实用意义的探索方向. 本综述介绍了这方面研究的最新进展, 并对存在的挑战及可能的发展方向等也进行了相应的探讨.     

Surface Plasmon Polariton Fizeaus Dragging: via Relative Rotational Sensing

A new scheme focusing on the surface plasmon polariton interferometry between the metal and dielectric interface is introduced. The phase shift is measured by using surface plasmon polariton wave, generated at the interface of metallic and dielectric media. The phase shift of SPPs is modi?ed under phase and amplitude control of complex conductivity for interferometry. The control ?elds strongly in?uence the phase shift of SPPs for detection of molecular motion. The phase shift of SPPs is further modi?ed by Plasmon polariton Fizeaus dragging effect. We measure 20%–25%fractional change in delay and their phases shift between two left and right SPPs modes. Our results may have signi?cant applications in sensor interferometer technology.     

Surface Plasmon Polaritons of Two-Dimensional Three-Order Dendritic Structures

We study surface plasmon polaritons excited on two-dimensional three-order dendritic structures. Previous studies show that split ring resonators (SRRs)
can be used to obtain magnetic resonance, thus sustaining surface waves behaving like surface plasmon polaritons (SPPs). In this paper, we obtain detailed results on surface plasmon polaritons of several different grating structures and theoretically prove that this kind of structures can sustain SPPs. Besides, since dendritic structures can be fabricated by double template-assisted electrochemical deposition, it is worth noting that fabrication of SPP-based materials might be much easier.     

Dispersion of surface plasmon polaritons on metal wires in the terahertz frequency range

We report the experimental and theoretical study of the dispersive behavior of surface plasmon polaritons (SPPs) on cylindrical metal surfaces in the terahertz frequency range. Time-domain measurements of terahertz SPPs propagating on metal wires reveal a unique structure that is inconsistent with a simple extrapolation of the high frequency portion of the dispersion diagram for SPPs on a planar metal surface, and also distinct from that of SPPs on metal nanowires observed at visible and near-infrared frequencies. The results are consistent with a numerical solution of Maxwell's equations, showing that the dispersive behavior of SPPs on a cylindrical metal surface at terahertz frequencies is quite different from that of SPPs on a flat surface. These findings indicate the increasing importance of skin effects for SPPs in the terahertz range, as well as the enhancement of such effects on curved surfaces.     

Surface waves on the relativistic quantum plasma half-space

We present a theoretical investigation on the propagation of surface waves on the relativistic quantum plasma half-space. The dispersion relations of surface plasmon polaritons (SPPs) and electrostatic surface waves containing relativistic quantum corrected terms are derived. Results show that the frequency of SPPs has a blue-shift, and surface Langmuir oscillations can propagate on the cold plasma half-space due to quantum effects. Numerical evaluation indicates that quantum effects to SPPs and electrostatic surface waves are significant and observable.     

五层对称人工超常材料结构的表面等离子体激元

研究了由左手材料、负介电材料、常规介电材料所构成的几种五层对称结构表面等离子体激元的特性.讨论了表面等离子体激元的存在区域、色散关系、以及p和s偏振的表面色散曲线枝,发现表面模的性质强烈依赖于系统的组成材料及其组合方式|层数越多,表面色散曲线枝也越多,处在频率通带的表面极化模态也越多|在五层结构中有p和s两种偏振的表面等离子体激元,在共振时,可导致p波和s波强透射.此外,通过使用衰减全反射方法,探讨了激发并观察表面等离子体激元的可能性.     

Nanoscale metal waveguide arrays as plasmon lenses

Propagation of surface plasmon polaritons (SPPs) through a set of nanoscale metal waveguide arrays (MWGAs) is numerically simulated by using the finite-difference time-domain method. The results reveal that MWGAs show an interesting lens effect on SPPs: SPPs can be strongly focused or defocused by the MWGAs, which we attribute to anomalous coupling of SPPs in MWGAs. Our results imply interesting potential for MWGAs in, for example, nonlinear optics, optical imaging, and nanosensing.     

Terahertz surface plasmon-polariton propagation and focusing on periodically corrugated metal wires

In this Letter, we show how the dispersion relation of surface plasmon polaritons (SPPs) propagating along a perfectly conducting wire can be tailored by corrugating its surface with a periodic array of radial grooves. In this way, highly localized SPPs can be sustained in the terahertz region of the electromagnetic spectrum. Importantly, the propagation characteristics of these spoof SPPs can be controlled by the surface geometry, opening the way to important applications such as energy concentration on cylindrical wires and superfocusing using conical structures.     

Numerical investigation of the enhanced unidirectional surface plasmon polaritons generator

A unidirectional surface plasmon polaritons(SPPs) generator with greatly enhanced generation efficiency is proposed. The SPPs generator consists of an asymmetric single nanoslit coated with a polyviny alcohol(PVA) film and a silver rectangle block. The generation efficiency of this SPPs generator is investigated using the finite difference time domain method. Due to the presence of the silver rectangle block, the SPPs generation efficiency of the asymmetric single nanoslit with PVA film can be greatly enhanced and the corresponding wavelength with the maximum enhancement factor can be tuned flexibly. The influence of the structural parameters on the generation efficiency is also investigated for the enhanced unidirectional SPPs generator.     

电子激励表面等离极化激元的粒子模拟

采用极化电流微分方程,对贵金属中自由电子与外电场的共振过程进行描述。将该微分方程与麦克斯韦方程相结合,运用时域有限差分(FDTD)方法,在粒子PIC模拟软件CHIPIC3D的基础上,实现了电子激励表面等离极化激元(SPPs)的模拟。通过对100 keV电子平行于银薄膜表面运动、激励起表面等离极化激元的模拟,观测并分析了SPPs的场强及模式在银薄膜表面的分布,并验证了模拟结果的正确性。