[发明专利]基于圆环状粒子阵列的矢量近场光调控装置及方法

说明书

本发明涉及一种基于圆环状粒子阵列的矢量近场光调制装置及方法，利用周期性排列的粒子阵列，在具有同样对称性的矢量光场的激发下，阵列中的每一个粒子可以等效为一个电偶极子。基于经典的电磁理论，构造了一个与圆环阵列所对应的“阵列因子”，来将每一个粒子的极化与入射光场联系起来。在此基础上，可以准确地计算任意阵列的近场。通过改变阵列结构和粒子的参数，以及激发场的参数，可以产生、调制阵列后方的近场分布。

技术领域

本发明属于矢量光场调控技术领域，涉及一种基于圆环状粒子阵列的矢量近场光调控装置，还涉及一种基于圆环状粒子阵列的矢量近场光调控方法。

背景技术

随着纳米光子学和表面等离激元学的不断发展，各种光学元器件的尺度也越来越小，对光场的调控的要求也越来越精细。基于需要在小范围精确地调控光场，以改变光场的强度、偏振、位相等因素；各种基于微纳米微结构的各种光子学器件、芯片也不断被提出和开发，包括基于超表面结构的各种光学芯片、各种微纳米天线阵列、高灵敏度传感器、突破衍射极限的光学显微成像芯片等等。

近场光是相对于传统的远场光而言的，通常情况下，只有距离物体表面一个波长以内的光场才被称为近场光，通过探测近场光可以获得亚波长的信息，从而突破光学的衍射极限，比如近场扫描光学显微镜。就目前发展现状而言，近场光可以实现纳米量级的分辨率，但是其在粒子操纵、近场传感等方面的应用潜力并没有开发。目前，并没有很多有效的“操控”近场光的工具，而矢量近场光的“操控”工具则更加稀少。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种基于圆环状粒子阵列的矢量近场光调控装置，可以精确求解近场光分布，用于产生和调制种类非常丰富的近场光场。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于圆环状粒子阵列的矢量近场光调控装置，包括入射光和若干个相同的纳米金属粒子；

所述若干个纳米金属粒子对称式排列成一个圆环的粒子阵列，相邻粒子相对与阵列中心的夹角相同，每一个粒子的朝向与粒子到中心的连线的夹角也相同，且整个阵列分布在一个二维平面上；

入射光入射在阵列正中心，在入射光的激发下，在阵列的两侧近场区域产生近场光场。

进一步的，纳米金属粒子的形状为球形或椭球形。

进一步的，纳米金属粒子的材料为金或者银。

进一步的，入射光场为矢量光场，其光束中心与粒子阵列的对称中心重合。

相应的，本发明还提供了一种基于圆环状粒子阵列的矢量近场光调控方法，包括：

将若干个相同的纳米金属粒子对称式排列成一个圆环的粒子阵列，使得相邻粒子相对与阵列中心的夹角相同，每一个粒子的朝向与粒子到中心的连线的夹角也相同，且整个阵列分布在一个二维平面上；

将入射光入射在阵列正中心，在入射光的激发下，在阵列的两侧近场区域产生近场光场。

进一步的，近场光场的分布计算过程为：

将纳米金属粒子等效为电偶极子，通过引入圆环状的阵列因子来计算粒子的极化，在通过所有粒子的极化来计算阵列附近的近场光分布。

进一步的，如果粒子阵列可以调节，则通过改变粒子个数、种类、粒子的朝向和阵列半径来调制近场光；如果粒子阵列固定，则通过改变入射光的偏振、拓扑荷参数来调制近场光。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明基于这种圆环状排列的金属纳米粒子的微结构，可以产生多种多样的结构的近场光分布，调制手段丰富，而基于阵列因子给出的理论模型可以非常准确的描述这种结构的调制效果。这一技术可以用于纳米量级的超分辨、粒子操控、近场传感以及光通信等领域。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图；