1、納米光子學技術物理拓展與應用-第四講提綱近場光學的發展等離子激元技術介紹納米光子學應用研究展望3近場光學技術的提出光學技術面臨的挑戰光學成像：更高的分辨率光學存儲：更小的記錄點光譜探測：更精細的結構光學操縱：更細小的微粒問題傳統光學衍射極限的存在限制了分辨率的提高解決方案近場光學突破衍射極限4探測模式近場探測探測物體與被探測物體之間的距離小于觀測波長照明物體或探測物體的尺度小于觀測波長近場探測聲波300m分辨率10cm/1000照明模式5基本概念表面等離激元(SPP)yzyE 介質0 金屬() |Ez| 介質0 金屬() Nature 424, 824 (2003).表面等離激元(Surfac

2、e Plasmon Polariton, SPP) 表面等離激元是一種在金屬-介質界面上激發的耦合了電荷密度起伏的電磁振蕩，具有近場增強、表面受限、短波長等特性。 SPP色散關系表達式根據麥克斯韋方程變換消去D：由于表面波場集中于界面，沿法線方向指數衰減，可試探解為：代入上方程，利用E的梯度關系，可得：SPP的存在條件衰減常數：磁場強度：根據邊界條件SPPs are Transverse-Magnetic (TM) waves (p-polarization) s real part have opposite sign with s, i.e. s real part 0. SPPs are

3、 “slow” waves with 8SPP的激發空氣中的光子：空氣與金屬界面的SPP：棱鏡中的光子：kSPPp衰減全內反射 (Attenuated Total Reflection, ATR )9SPP的激發光柵衍射激發散射體散射激發10衍射光學結構APL 91, 093111 (2007)APL 85, 642 (2004)Opt. Exp. 13, 6815 (2005)空間傳播光束控制平面內傳播光束控制近場光場控制利用SPP特性控制光束周期結構Science 297, 820 (2002)APL 90, 51113 (2007)12帶、槽結構PRB 68, 115401 (2003)

4、Nature 440, 508 (2006)量子點結構Nano Lett. 5, 1399 (2005)60Adv. Mater. 13, 1501 (2001)周期結構Nano Lett. 7, 2784 (2007)衍射光學結構APL 86, 111110 (2005)空間傳播光束控制平面內傳播光束控制近場光場控制Nature Phys. 3, 324 (2007)J. Microsc. 210, 324 (2003)表面等離子晶體結構PRB 73, 155416 (2006)利用SPP特性控制光束13空間傳播光束控制平面內傳播光束控制近場光場控制周期結構APL 83, 836 (2003

5、)Nano Lett. 4, 1085 (2004)SPIE. 6987, 698705 (2008)表面等離子晶體結構Opt. Exp. 13, 7021 (2005)To be submitted利用SPP特性控制光束莫爾時代信息技術的挑戰對數據的傳輸和處理強烈需求，驅動硅基電子產業取得了巨大的發展；過去50年見證了電子器件不斷朝著小型、高速和高效的方向邁進；新的挑戰：其中，電子器件高度集成而產生的熱效應和信號延時兩大問題阻礙了芯片運算速度的進一步提高。光因特網具有無與倫比的信息運載量;電子和介電體光子器件在尺度上的明顯失配,無法實現納米電子器件和微米光子器件的信息傳輸要解決上述問題，可能有待從根本上發展新的原理和芯片技術，不但使得納米器件之間實現光的信息傳輸，同時還要在納米電子器件和微米光子器件之間能夠嫁接起一座橋梁 負折射材料及其應用 超透鏡成像和超棱鏡 (Superlens and Hyperlens) 隱身Cloaking根據變換光學，對材料性質的真實空間的介電常數和磁導率坐相應的相應的變換，就能實現光線按照設計的路徑“直線”傳播。隱身,是使光線在遇到物體時能夠自動繞開障礙物，恢復原來的傳播方向，就好像沒