[发明专利]一种基于超颖表面的近场表面等离激元复振幅调制方法

摘要

本发明公开的一种基于超颖表面的近场表面等离激元复振幅调制方法，属于微纳光学领域。本发明利用贝里相位原理，通过同时调节各项异性的纳米矩形孔阵列中每个周期的纳米矩形孔长度和方位角，获得离散化后的目标光场的振幅和相位信息，从而激发表面等离激元并对其在亚波长尺度进行任意的复振幅调控，实现面内复杂光场分布与传播。本发明主要解决的技术问题为：提供一种基于超颖表面的近场复振幅调制方法，能够激发表面等离激元并对其在亚波长尺度进行任意的复振幅调控，实现复杂光场调控与传播。本发明能够对近场表面等离激元的振幅和相位进行任意的调制，在表面波光束整形、集成光电子系统以及表面波全息等领域有着极大的应用价值。

主权项

1.一种基于超颖表面的近场表面等离激元复振幅调制方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一：通过改变纳米矩形孔的长度实现振幅调制；所述的超颖表面通过各项异性的纳米矩形孔结构实现；在相同的入射波长及入射偏振的条件下，若保持纳米矩形孔的方位角相同，调节纳米矩形孔几何尺寸能够引起相反旋向透射光复振幅的变化；所述的不同长度纳米矩形孔的复振幅透过率能够通过两个垂直方向的线偏振光入射的结果计算得出，通过改变纳米矩形孔的长度实现振幅调制；所述的复振幅透过率包括振幅和相位；步骤二：确定纳米矩形孔方位角θ，实现目标光场的相位调制；预设一定阶数的振幅值，不同长度的纳米矩形孔在实现振幅调制的同时会附带额外的相位变化，通过数值模拟能够得到所述的额外相位变化量；通过相反方向附加的补偿方位角α_c旋转对附带额外的相位变化进行补偿，即能够使不同长度的纳米矩形孔得到相同的初始相位；同时，根据贝里相位原理，始末偏振态之间的相位改变与在邦加球表面划过的短程路径有关；对于两个方位角不同的纳米矩形孔，在外加电场作用下，它们分别产生与本身方位角对应的电极化响应，偏振方向与纳米矩形孔长轴平行，因此二者存在着不同的演化路径；进而导致散射场产生不同的相位突变；当一种特定的圆偏振光入射时，相反旋向的透射光的相位偏移为纳米矩形孔孔径方位角的二倍；将上述补偿方位角α_c与贝里相位相结合实现任意的相位调制；最终所得的纳米矩形孔方位角θ为贝里相位和补偿方位角α_c的叠加值，即根据公式(1)确定纳米矩形孔方位角θ，并根据确定的纳米矩形孔方位角θ实现目标光场的相位调制；θ＝(α‑α_c)/2          (1)其中α为目标光场的相位值，α_c为补偿方位角，其数值等于不同长度的纳米矩形孔相反旋向透射光的相位变化；步骤三：设计纳米矩形孔阵列在平面内的周期，根据动量匹配实现在表面等离激元的激发；步骤四：通过步骤一改变纳米矩形孔的长度实现振幅调制，通过步骤二确定纳米矩形孔方位角θ实现目标光场的相位调制，并通过步骤三实现动量匹配，从而实现在每一个周期结构激发表面等离激元，并实现对激发表面等离激元任意的复振幅调控。