《亚波长光学.pptVIP

主要内容 什么是亚波长光学 亚波长光学的研究进展 亚波长光学的研究方法 亚波长光学的应用 一、亚波长光学 光学——研究光（电磁波）的行为和性质，以及光和物质相互作用的物理学科。 ? 光纤通信 ? 光存储 ? 光计算 ? 在线检测 ? 危险环境测量 ? 激光医学 ? 激光加工 ? 军事应用 ? 遥感测量 ? 光传感 ? 精密计量 光学 量子光学 2、亚波长光学 (Sub-wavelength Optics) 亚波长光学——以表面等离子体激元为核心研究内容的新兴学科，研究亚波长尺寸下光学器件和光学系统中光的行为和性质，利用表面等离子体和光子的相互作用，在亚波长范围内实现对光的控制和利用。 常见的亚波长结构 亚波长光学的意义 二、亚波长光学的研究进展 基于近年来表面等离子体激元的研究和纳米技术的发展，2003年Barnes提出了亚波长光学。 1900年Wood发现光波通过光栅后,光频谱发生了小区域损失,称为Wood异常现象，这是关于SPR的最早记载。 1941年,Fano发现这种Wood异常是由等离子波造成的，意识到金属光栅衍射的反常现象和局域在光栅表面的束缚电磁模有关。 1958年,Turbader首先对金属薄膜采用光的全反射激励的方法,观察表面等离子共振现象。 1965年Hopfield提出了激元的概念。由入射光激发的极化波，是凝聚态物质的一种本征模式。这就允许研究者考察该种本征模式在物质表面和薄膜界面的激发条件。 实际介质如金属其介电常数的频率依赖性决定了其微结构甚至平面结构能够激发可用倏逝波函数表征的局域本征模式。 1968年Otto利用衰减全反射法，在实验中测量了界面激元实际为等离子体激元的色散关系。使研究重点从倏逝波聚焦在表面或界面的非辐射束缚模式上。 1971年Kretschmann又给出了利用衰减全反射法用不同结构同样获得了界面激元，Kretschmann结构也为SPR型传感器奠定了基础。 纳米光学的发展，使束缚模式的机理研究逐渐拓展到应用领域。出现集成光学。光子器件的尺寸也逐渐缩小至纳米量级，对光束实现控制。 1998年Ebbesen发现刻有周期性微孔阵列的金属薄膜因激发表面等离子体激元而引起异常透射现象。 什么是表面等离子体激元？ 注意如下三个过程： 表面等离子体激元的产生 表面等离子体激元的耦合 表面等离子体激元的激发 表面等离子体激元的动量与入射光子的动量不匹配， 所以在通常情况下，表面等离子体激元不能被激发。只有采用特殊的手段，如外加耦合作用才能激发它。 如何激发表面等离子体激元？ 表面等离子体激元带来的新现象 现象2、聚束效应 现象3、超分辨成像 2、近场光学 近场光学是伴随扫描近场光学显微术而发展起来的光学分支，它研究物体表面近场区域光与物质相互作用的各种复杂现象，如光的散射、反射、衍射、吸收和光谱学等等。 远场光学在原理上存在着一个远场衍射极限，限制了显微和其它光学应用时的最小分辨尺寸和最小标记尺寸。 近场光学研究距离光源或物体一个波长范围内的光场分布，打破远场衍射极限，在原理上分辨率极限不再受到任何限制，因此近场光学可提高光学分辨率。 信息社会对集成电路的集成度要求越来越高，在不断探索突破器件尺寸极限的过程中纳米光子学应运而生。 纳米光子学朝着纳米光电子集成的方向发展。 纳米光子学是纳米技术和光电子学为基础的光学分支。 纳米光子器件是纳米光电子学的重要内容。离子束刻蚀、纳米压印技术、等离子体加工是纳米器件制作方法。 高密度存储，纳米量子结构、量子电路及其基础技术得以实现。 纳米技术（nanotechnology）一般指纳米级(0.1一100nm)的材料、设计、制造，测量、控制和产品技术，是用单个原子、分子制造物质的科学技术。 纳米激光器 随着纳米技术的快速发展，制作微纳米级的电子元件和回路已不成问题。当结构尺寸与SPPs传播距离相比拟时, SPPs特性和效应显露出来，人们重新点燃起研究SPPs的热情. 5.瑞利一索末菲衍射公式 有限时域差分法——Yee氏网格 2、衍射区域的划分 衍射近场区域 3、亚波长结构的衍射 各类亚波长结构的远场衍射 各类亚波长结构的菲涅尔深区衍射 各类亚波长结构的近场衍射 亚波长缝的近场、菲涅尔衍射深区的衍射 单、三个亚波长缝的近场与菲涅尔衍射深区的衍射 光栅的各区域的衍射 亚波长结构中光学现象的分析方法 应用1、纳米光学反射镜和分光镜 应用2、纳米透镜 应用3、光子芯片 应用4、表面等离子体激元耦合器 应用5、纳米刻蚀技术 应用6、纳米天线 亚波长光学的深入研究对促进高密度存储，化学生物分子的探测，纳米光刻术，纳米尺度的发光二极管、量子信息处理和超快光开关以及各类纳米光生