倏逝波与表面等离子体激元散斑研究

本项目交叉融合散斑相位涡旋、菲涅尔深区散斑、倏逝波及表面等离子体激元等前沿领域的现有成果，开展倏逝波和表面等离子激元辐射散斑场及其相位涡旋研究。研究随机表面散射的高角谱成分所引起的倏逝波和全反射波的传播性质；在实验上探索由倏逝波和随机金属/介质界面产生的表面等离子体激元波的散射及其产生的散斑场，研究菲涅尔深区散斑场及相位涡旋的新现象和新规律；研究随机介质和金属界面的光学探针和光学隧道效应。在理论上研究这些现象和规律的物理机理。本项目的研究工作在微光学操控、光信息传输、微纳光学器件的设计、显微光学、生物体检测等领域有潜在的应用前景。我们期望本项目工作的开展能带来散斑和表面等离子体激元领域研究领域的新进展。

本项目研究了随机介质表面散射的倏逝波和全反射波散斑在相位板中的传播传播，开展实验工作及理论分析，得出获得倏逝波和全反射波在单纯薄板介质中传播的基本性质及其散斑的基本规律。利用基于显微物镜和马赫-曾德尔干涉仪的显微干涉实验系统，和相应光场复振幅的提取算法，完成了粗糙度和表面参数不同的随机界面在菲涅耳极深区散斑场的相位涡旋随距离的演化规律；用时域有限差分法对相位光栅界面附近和随机界面附近光波的传播规律进行计算；开展了银膜随机界面散射光强的实验测量；完成了各项异性表面光散射的测量。在粗糙介质表面上蒸镀不同厚度银膜，利用马赫-曾德尔干涉仪的显微干涉实验系统研究了随机银膜界面上产生的表面等离子体激元散斑的对比度、概率密度函数、相关长度和分形特征等的演化规律，研究了表面等离子体散斑相位涡旋的演化，对散斑特性的演化给出了解释。本项目的研究对于微光学操控、光信息传输、微纳光学器件的设计、显微光学等领域有重要意义。