结构表面波的构建、表征及光力效应研究

The research of interaction between light fields and microstructures has prompted people to discover new physical properties, put forward new theories and further produce new technologies, greatly promoting the development of photonic technology and its application in physics, information science, biomedicine, material science and other fields. The aim purpose of this project is to construct new multi-dimensional structured light fields and enrich the interaction between light fields and materials. We precisely construct special surface waves with modulated parameters based on the coherent controlling of the surface plasmon polariton (SPP) and evanescent field, and study the interaction of these new surface waves with dielectric/metal nanostructures. On the one hand, put forward the principle and method for the precise detection of surface waves by analyzing the local and far-field scattering fields that correlate with the the interaction; on the other hand, propose the technology for precisely control the near-field optical force and torque, by engineering the surface wave and steering the interaction. The main contents in this project include: 1. The construction and modulation of structured surface waves; 2. The detection of parameter structure of the structured surface waves; 3. The novel optomechanical effect of structured surface waves. The research progresses would not only provide a new method for the modulation of the surface coherent field, but also supply some physical bases for the generation, detection and modulation of the nano- and deep sub-wavelength scale local fields. The new phenomena and effects emerging from the interaction between structured surface waves and nanomaterials would also promote new functional devices.

光场与微结构的相互作用研究促使着人们不断发现新物性、提出新理论、产生新技术，极大地促进了光子技术的发展及其在物理学、信息科学、生物医学、材料科学等领域的应用。本项目以构建新型多维调控光场、丰富光场与物质相互作用为目的，通过对表面等离激元和倏逝场的相干调控，实现多个参量具有特殊结构的表面波的精准构建，研究这些新颖的结构表面波与介质/金属纳米结构的相互作用。一方面，利用关联相互作用的局域场和散射远场，提出表面波的精准探测原理和方法；另一方面，通过设计光场，调控相互作用，提出近场光力和光扭矩的精准控制新技术。研究内容包括：①结构表面波的产生与调控；②表面波多参量的结构特性表征；③结构表面波新颖的光力效应。本项目的研究将不仅为表面局域相干光场的调控提供新方法，也将为纳米及深亚波长尺度局域场的产生、表征和调控提供物理基础。通过探索结构表面波与纳米介质相互作用的新现象和效应，也必将催生新的功能器件。

光场与微结构的相互作用研究促使着人们不断发现新物性、提出新理论、产生新技术，极大地促进了光子技术的发展及其在物理学、信息科学、生物医学、材料科学等领域的应用。本项目以构建新型多维调控光场、丰富光场与物质相互作用为目的，通过对表面等离激元和倏逝场的相干调控，实现多个参量具有特殊结构的表面波的精准构建，研究这些新颖的结构表面波与介质/金属纳米结构的相互作用。.所完成的主要研究内容包括：1）通过调控二维光栅及纳米孔径结构，实现了任意自加速布洛赫表面波、表面等离激元的产生，利用传输相位和几何相位实现了自旋相关表面等离激元基元的对称破缺传播调控，借助类高阶贝塞尔表面波的突然自聚焦诱导了振荡的横向自旋角动量。2）探索了空间结构光场调控表面等离激元诱导周期微结构的机制与规律，提出了飞秒激光—表面等离激元干涉诱导材料表面周期结构的理论模型，揭示了光场偏振态对表面周期结构形貌的调控规律，发现了激光偏振椭圆率在偏振波纹形成中的开关效应，实现了对表面周期结构形貌的灵活调控，并成功制备出多种超表面结构。3）获得了矩形纳米结构单元的振幅、相位、偏振态多维解耦调控规律，建立了统一的多维调控理论模型，通过调控复合单元结构的近场耦合效应，发展了用于任意正交偏振态复振幅独立调控、纵向复振幅调控、全偏振自由度调控的全息显示与加密超表面。4）提出了产生一维振荡结构手性光场的理论模型，利用球形粒子的偶极子模型，分析了结构手性光场中手性粒子所受的横向力。.所提出的表面波调控理论，为操纵亚波长尺度下光波的传输，以及片上光互联的端口设计提供了有效途径。所发展的光场调控表面等离激元诱导周期微结构方法，具有较高的灵活性，且具有飞秒激光直写的快速、低成本优势，因而在实现大面积光学超表面的加工制造方面具有巨大意义。所提出的纳米结构设计方法为创建紧凑的多功能光学器件提供新的手段，在信息编码、光数据存储和安全等方面具有广泛的应用前景。