阿基米德螺旋微纳结构中的表面等离激元聚焦

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.     

近场光学显微技术的进展及其应用

近场光学显微技术突破传统光学衍射极限获得了纳米尺度的空间分辨率,井在近场光存储、平导体材料、生命科学等交叉学科领域发挥了巨大的作用.本文综述了近场光学显微技术的发展现状,讨论了基于近场光学原理的超分辨近场结构在现代光刻技术上的应用、表面等离激元的共振增强作用和束流作用在近场光学领域的进展以及表面增强拉曼散射机理的研究,并介绍了近场光学显微技术在单分子检测和细胞探测等其它生命科学领域的一些发展.     

介质加载表面等离激元的近场光学观测

利用扫描近场光学显微术(SNOM),观测并分析了基于银膜衬底上CdS纳米带的介质加载表面等离激元(Dielectric-loaded Surface Plasmon Polariton,DLSPP)的激发现象.通过SNOM可以观察到纳米带不同位置的光致荧光光谱峰位有30 meV的红移量.利用Franz-Keldysh效应可以很好地解释能量红移的产生.有限时域差分法的模拟结果进一步验证了实验中观测的现象.这种DLSPP的激发结构,对于光子集成电路及基于等离激元的微纳器件波导有实际意义.     

表面等离激元的聚焦与波导增强

近年来,表面等离激元学（plasmonics）已经形成一个新的学科热点.电子在金属与介质界面的集体振荡行为形成一种元激发——表面等离激元（surface plasomon polariton,SPP）.由于其具有特殊的耦合与传播性质,与SPP相关的器件设计与应用成为目前纳米光子学领域的国际前沿研究方向.文章介绍了利用微...     

银膜表面周期性条纹导致的沟槽等离激元增强效应

沟槽等离激元是一种电磁振荡,它束缚于刻在金属表面截面为单个波长尺度的沟槽里,并沿着沟槽传播.沟槽等离激元由于其低传播损耗及可控的传播方向,在集成光路上有潜在的应用,因而受到人们的关注.本文作者在银膜表面刻沟槽,并在沟槽两侧加上周期性结构,并研究了这种周期性结构对沟槽等离激元的耦合和传播的影响.通过扫描近场光学显微镜观察,发现相对于没有周期性结构的沟槽,有周期性结构的情况下,传播于沟槽中的沟槽等离激元强度增强.同时还利用有限时域差分方法计算模拟了相应的过程.模拟结果与实验相符,证明了确实是由于周期性结构导致了沟槽等离激元的增强效应.     

线性偏振光激发的错位表面等离子体激元纳米结构聚焦

利用扫描近场光学显微镜观测并分析了两种表面等离子体激元纳米结构对表面等离子体激元(SPP)的激发和聚焦现象.用线偏振光照射有半个周期相位差的环状沟槽结构与有半个周期位相差的环状狭缝结构,得到了单点的SPP聚焦.有限时域差分法的模拟结果验证了实验中观测的现象.这两种相位错位的表面等离子体激元纳米结构,突破了由于干涉导致的线偏振光不能得到单个聚焦点的限制.与采用径向偏振光激发而得到单个聚焦点的方法相比,线偏振光不需要聚焦,也不需要将光束中心对准纳米结构的几何中心即可得到单点聚焦。     

表面等离子体共振技术的一些新应用

介绍了表面等离子体共振技术在表面等离子体共振传感器、扫描近场光学显微技术、薄膜光学和膜厚测量、全息成像技术、Q开关、精密角度测量等领域的新应用.     

Spin-controlled directional launching of surface plasmons at the subwavelength scale

In this paper, we demonstrate a spin-controlled directional launching of surface plasmons at the subwavelength scale.Based on the principle of optical spin's effect for the geometric phase of light, the nanostructures were designed. The inclination of the structures decides the spin-related geometric phase and their relative positions decide the distance-related phase. Hence, the propagation direction of the generated surface plasmon polaritons(SPPs) can be controlled by the spin of photons. Numerical simulations by the finite difference time domain(FDTD) method have verified our theoretical prediction. Our structure is fabricated on the Au film by using a focused ion beam etching technique. The total size of the surface plasmon polariton(SPP) launcher is 320 nm by 180 nm. The observation of the SPP launching by using scanning near-field optical microscopy is in agreement with our theory and simulations. This result may provide a new way of spin-controlled directional launching of SPP.     

用于单光子压缩成像的抗噪重建网络的设计与训练

将光子计数技术与单像素成像结合的单光子压缩成像方法具有成本低、灵敏度高的特点,但该方法使用传统压缩重建算法时重建时间长.基于深度学习的压缩重建网络不仅实现了快速重建,而且可获得更好的重建质量.最近用于单像素成像的压缩重建网络主要基于光探测器工作在模拟方式,采用无噪声或带有加性高斯白噪声的系统仿真数据进行训练.对此,建立...     

亚波长介质光栅对单层过渡金属硫化物的发光增强

过渡金属硫化物单层具有直接带隙,可产生较强的光致发光,这一特殊的性质使其在光电器件、光电探测等领域具有广泛的应用前景.由于只有原子级别的厚度以及存在激子的非辐射复合,其光致发光效率仍有待提高.本文设计了一种金膜-二氧化钛光栅-过渡金属硫化物单层组合结构,可大幅提升过渡金属硫化物单层光致发光效率.利用Purcell效应对自发辐射速率进行控制,得到峰值为3.4倍的发光增强.研究了单层二硫化钨以及单层二硒化钨在设计结构上的光致发光信号,通过实验证实了过渡金属硫化物单层与亚波长光栅耦合结构中光致发光增强的可行性,为二维材料在光电器件中的应用提供了一个新思路.