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纳米聚焦是将光能量集中到纳米级的区域,这在等离子体学和纳米光学中有着重要应用。传统实现纳米聚焦的方法是入射光直接照射纳米金属结构,这种方式往往受到较小激励面的影响,因此提高纳米聚焦入射光能的研究显得尤为必要。
本文围绕微介质结构形成的微聚焦光束增强纳米金属结构的纳米聚焦效果,开展了卓有成效的理论研究,主要工作和取得的成果如下:首先推导了时域有限差分表达式,并给出Drude模型在其中的表达式。计算了微等腰三角棱镜和微平凸透镜对横磁偏振平面波的变换,在结构前方形成了场的微聚焦效果。利用微等腰三角棱镜微聚焦后的光束照射金属楔形狭缝,激发出表面等离激元,在狭缝出口形成了增强的纳米聚焦,并对狭缝尺寸和入射波长分别进行了优化。相比光束直接入射金属楔形狭缝形成的纳米聚焦,通过加入微等腰三角棱镜有4倍以上的聚焦增强。其次将微介质锥和纳金属光栅相结合,以较大的口径收集入射光能,在纳金属光栅的锥顶端形成了增强的纳米聚焦,并对比了相近的几种结构,突出了微介质锥和纳金属光栅复合结构的增强效果。最后计算了微轴锥镜、微螺旋结构和微螺旋轴锥镜对入射线偏振平面波的变换。利用微螺旋轴锥镜形成的聚焦非对称圆弧分布光束照射银纳米半环形狭缝,在狭缝内侧和外侧激发出表面等离激元,根据表面等离激元的耦合效率对半环形狭缝的位置和内径的大小进行了优化,在半环内侧很小的圆弧范围形成了高度局域化的强场。