基于探针外差干涉的纳米光场相位测量研究

光学探针外差干涉方法是将激光外差干涉术引入近场光学测量，具有超衍射分辨率、高精度光场相位检测和同步纳米形貌检测等特点。不仅可以探测光强和形貌信息，还可以获得纳米光场的相位和振幅信息。光场相位测量是研究纳米尺度下光的电磁场行为以及光与物质相互作用机理的重要基础。通过物理建模、数值方法，研究纳米尺度下光与纳米结构、物质相互作用、影响因素以及扰动探测中相位、振幅、偏振变化等对隐失场和激励发射的传播场的影响。建立光学探针外差干涉相位测量系统，探索探针外差干涉方法测量纳米光场的机理，优化相位测量条件，发展外差干涉信号编码解码和相位信号的处理方法，使其具有纳米空间分辨率，具有确定的空间对应关系。本课题的研究将为纳米光子学、等离激元光学、Metamaterials的研究提供重要实验测量手段。为充分理解纳米尺度光与物质相互作用、纳米光学器件的工作原理、检验理论计算、优化设计及应用具有重要意义。

本项目研究中利用近场光学互易定理解释SNOM系统测量机理和响应特性，得到了在微扰近似条件下圆偏振正交基展开的互易定理形式。建立了探针与纳米光场相互作用模型，引入系统点扩散函数的概念，根据互易定理进行了模拟和解释了探针的卷积效应。建立了外差干涉孔径型SNOM相位/振幅测量系统。系统可精确地调整入射光的入射角、偏振态、激发模式等参数；收集光路具备高信噪比，高抗干扰能力。实现了纳米光场可见光波段相位/振幅Mapping测量。提出了新的实时相位误差补差方法，利用共光路和共模抑制的原理建立了具有实时相位误差补偿功能的相位测量系统，减小了漂移影响，提高了测量精度。对等离激元光学器件、光栅、超颖表面等样品进行了相位和振幅的Mapping测量并获得了很好的相位/振幅分布实验测量结果。根据相位测量数据对等离激元光学器件的功能和纳米光场传播特性进行了分析。本项目对于纳米光场相位分布的实验测量和分析研究为光与物质相互作用的探索提供了切入点，为等离激元光学中相位调控提供了理论依据。发表SCI收录的学术论文11篇，其他学术论文4篇，申请国家发明专利3项。预期研究目标和技术指标已全部实现。