介质和金属微纳米螺旋锥产生的聚焦光场

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微纳米光学主要研究在微米或纳米尺度下如何有效的传输、压缩、控制光场的能量。近些年来表面等离激元(SPPs)的研究极大地促进了微纳光学的发展。基于SPPs的新一代微纳米光学技术广泛应用于纳米光学传感、超分辨率成像、生物医学光学等众多领域。本文主要研究介质微螺旋锥、金属纳米螺旋锥结构在微纳米尺度下对光场的聚焦特性,其中金属纳米螺旋锥是基于在结构表面传播的SPPs对光束调控。具体工作内容如下:  首先介绍了本文用到的数值模拟方法,主要是时域有限差分(FDTD)算法。从麦克斯韦方程出发推导了FDTD中电场和磁场的更新迭代公式。  其次研究了介质微螺旋锥结构在微米尺度下对光束的聚焦特性。分析了光场的角动量理论,用FDTD算法数值模拟了线偏光、圆偏光、径向偏振光入射微螺旋锥结构后的光场分布,分析了微螺旋锥结构对光场聚焦、轨道角动量等特性的调控。  最后研究了金属纳米螺旋锥结构在纳米尺度下对光场的聚焦特性。介绍了金属介电常数的Drude模型,用FDTD算法数值模拟了径向偏振光入射Ag材料的纳米螺旋锥结构的场分布。入射光会在结构底面边沿激发SPPs并沿金属表面凹槽传播到结构顶尖处形成纳米聚焦,SPPs在传播过程中会受金属结构的影响而改变偏振状态和聚焦强度,分析了影响聚焦场偏振态、聚焦强度的因素。
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