金属纳米球-纳米圆盘结构中表面等离激元共振模式的电磁场增强研究

表面等离激元自诞生以来已有一百多年的历史,并逐渐形成了一门新的学科——表面等离激元光子学。位于金属纳米结构中的局域表面等离激元可产生非常显著的近表面电场增强,并成功应用于诸多研究领域当中,而对局域表面等离激元与外界入射光中磁场的相互作用的研究则相对较少。该研究在前期已有的研究基础之上模拟计算了金属纳米球-纳米圆盘结构间隙处的近表面电、磁场增强,研究结果表明该结构在单束紧聚焦径向偏振光束的激发下,金属纳米圆盘产生局域表面等离激元呼吸模式和上下表面处的电偶极矩模式,该模式使圆盘中心纵向表面电场得到增强。由于金属纳米圆盘与金属纳米球的局域表面等离激元电偶极矩的耦合共振相互作用,可以形成纵向电场得到有效增强的局域表面等离激元共振间隙模式。通过数值模拟计算研究,证明该金属纳米结构间隙模式的纵向电场分量相对于径向偏振入射光的有效激发横向电场分量即近表面电场的增强因子高达250倍;而近表面磁场的增强因子高达170倍。为了更清晰地展现出这种新型金属纳米结构的光谱特性以及近表面电、磁场分布特征,还展示出了该金属纳米结构的近表面电场增强分布、近表面磁场振幅分布以及近表面电、磁场共振波长的对比分析,计算结果表明所提出的金属纳米球-纳米圆盘结构具有明显的局域近表面电、磁场增强优势以及较宽的频谱波段。由于本文提出的金属纳米结构具有电、磁场增强优势,希望计算结果能应用到更多的研究领域当中,尤其是生物医学等领域,为人们抗击疫情提供一点点参考和帮助。

光热镊技术与应用研究进展

自激光技术问世以来,光镊作为一种非接触、高精度的颗粒操控工具,已广泛应用于生物、化学等领域。然而光热效应引起的热对流及热损伤等问题,极大地限制了传统光镊技术的捕获性能和捕获样品活性。为突破这一限制,研究者们开始探索将光与热相结合的颗粒捕获与操控技术,发现可以通过材料的光致发热或致冷效应,将热场转化为颗粒捕获的一大助力,进而提出多种新颖的光热镊技术。相比于传统光镊,光热镊技术利用光场和热场的共同作用,具有更低的激光能量需求和更高的捕获精度,在生物医学等领域中展现出巨大应用潜力。系统性地阐述光热镊的基本原理,详细介绍代表性的光热镊技术的发展和应用,并分析该技术面临的问题、发展趋势和发展前景,旨在帮助研究者系统了解基于光热效应的光热镊基本知识、最新研究进展和潜在应用,为该领域的科学研究提供参考。

中国光学十大进展:光学斯格明子研究进展

作为一种非平庸的拓扑结构,光学斯格明子近年来受到广泛的关注。由于具备尺寸小、稳定性高、拓扑结构多样等特点,光学斯格明子在高分辨率偏振成像、高密度光信息存储、高精度位移传感等领域具有潜在的应用价值。首先介绍光学斯格明子的基本原理及其激发与检测手段,然后分类总结不同光学系统中光学斯格明子的国内外研究进展。针对光学斯格明子的深亚波长特性,还综述其近年来相关的应用研究进展,并对其前景进行分析与展望。

偏振光复用的液晶体光栅波导AR近眼显示系统

光波导组合器在增强现实显示的出瞳扩展和外观薄化方面颇具优势。出瞳扩展技术是通过在耦出区域诱导多次衍射,将光线引导至人眼。然而,这种多次衍射可能导致出瞳亮度在沿光路径的空间分布上逐渐减弱,从而造成亮度不均。特别是当使用液晶制备而成的偏振体全息光栅作为耦合元件时,由于光栅仅对一种圆偏振光敏感,与之正交的圆偏振光会被直接透射,导致波导系统的能量利用率并不高。针对这一挑战,本文提出了一种实现左旋和右旋圆偏振光复用的偏振体全息光栅光波导AR显示光学系统,同时实现了大出瞳尺寸和良好入眼均匀性。在理论设计和仿真方面,首先通过k空间理论设计了大视场角下的光栅结构,再以微型发光二极管(Micro-LED,μLED)作为微显示屏,设计了一套与之匹配的投影镜头,并对整个波导系统进行了成像仿真。在实验部分,制备了中心波长为532 nm、出瞳尺寸为45 mm×25 mm的偏振体全息光栅波导。实验结果显示,该波导系统在基板折射率为1.51下的对角线视场角达到了预期的32.86°。相比于仅响应单一圆偏振光的方案,采用九点法测得的均匀性提升了48.8%,整体均匀性提升了34.1%,波导组合器的光学效率也实现了1.2倍的提升。本文工作为偏振体全息光栅波导的设计提供了宝贵的指导和参考。

模拟退火算法色差校正的傅里叶叠层显微彩色成像技术

提出一种基于模拟退火算法的自动聚焦方法,可以分别重建三种照明色光的高分辨率图像,从而实现高分辨率彩色图像的构建。模拟仿真和分辨率靶及生物切片样品实验结果均表明,即使色差较严重的显微系统,利用该方法也能准确地获得高分辨率彩色图像,极大降低了对显微镜的性能要求,扩展了傅里叶叠层彩色成像的适用范围。

飞秒光镊技术研究与应用进展

作为捕获与操纵微观粒子的重要手段,光镊技术因其具有非接触和高精度操控等优势在物理、化学和生物医学等领域得到了广泛的研究及应用。飞秒激光超高的峰值功率能够有效激发被捕获物体的非线性光学响应,同时超短的脉冲输出可以在光与物质相互作用的过程中产生更小的热效应,从而在光学微操控中展现出特有的优势。本文综述了飞秒激光光镊的研究进展,详细讨论了其中涉及的非线性效应和应用,并对其发展前景进行了展望。