基于人工表面等离激元探针实现太赫兹波的紧聚焦和场增强

为提高太赫兹近场显微成像技术的分辨率,设计了一款在Teflon探针的尖锥形表面镀上厚度渐变、具有相同占空比的超薄金属银制条带的探针,用于实现探针尖端处人工表面等离激元的激发和太赫兹波的亚波长聚焦.研究表明,对于频率为0.1 THz的入射波,厚度渐变镀银条带探针产生的紧聚焦光场的尺寸可稳定在20μm左右(λ/150),探针尖端处最大电场强度为入射电场强度的849倍.研究还发现,周期性金属条带的数目和入射电场的偏振方向可对探针尖端处产生的紧聚焦光斑的尺寸和电场强度等进行灵活有效的调控.

三角形金属纳米粒子的光力特性研究

基于麦克斯韦应力张量理论,对多边形金纳米粒子在聚焦场下的光力特性进行了研究。以三角形金纳米粒子为例,从粒子在聚集场中的受力情况出发,分别研究了具有圆对称能量分布的聚焦场和具有三角形能量分布的聚焦场对三角形金纳米粒子的捕获特性。研究结果表明,当使用圆对称聚焦场时,可对边长为50~350 nm的三角形金纳米粒子实现稳定捕获;当使用三角形聚焦场时,在粒子以和聚焦场形状匹配的角度进入聚焦场的情况下,可对边长为100~350 nm的三角形金纳米粒子实现稳定捕获。将圆对称聚焦场和三角形聚焦场对三角形金纳米粒子的捕获特性进行比较,发现三角形聚焦场在x方向的捕获力要强于圆对称聚焦场;而在y方向,三角形聚焦场对粒子的捕获范围要大于圆对称聚焦场。该工作研究了三角形的金属纳米粒子在不同形状聚焦场下的光力捕获特性,为基于非球形金属粒子的光学操纵在拉曼光谱超分辨成像、粒子微加工等领域的应用奠定了理论基础。

基于SSP的双侧开口型金属光栅实现太赫兹波的场增强与紧聚焦

基于金属光栅结构的SSP色散曲线,本文设计了一种一侧均匀另一侧非均匀且中间开口排布的铜带光栅结构,用于在太赫兹波段实现紧聚焦和场增强。研究表明,当0.57 THz入射的平面波经双侧开口型金属光栅后,可产生明显的局域电磁场增强与紧聚焦效应,其中增强因子Q=59.9,紧聚焦焦斑的半高全宽约为7.5μm(1/70λ)。此外,将单个双侧开口型金属光栅视为一个独立的单元,将其在一维横向和纵向进行排列或延伸,研究了这种结构对太赫兹波的光场调控特性。研究发现,0.57 THz入射的平面波经横向排列的单元结构后可以生成一维的焦斑阵列,其焦斑阵列所对应的半高全宽约为7.5μm。同时,0.57 THz入射的平面波经纵向延伸的结构后可产生纵向焦线,其焦线的长度为100μm,并且焦线的宽度约为7.5μm。这种周期性结构所产生的焦斑阵列和纵向焦线在提高太赫兹近场成像的速度方面具有明显的优势。