表面等离激元旋涡的全光调控及光镊应用研究

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光学旋涡(OV)是一种拥有螺旋相位和轨道角动量(OAM)的特殊光束,其独特性质近年来成为一个研究的热点。光学旋涡作为光镊技术一直广泛应用于对微观介质的光学操纵领域,类似于一个光学扳手。表面等离激元(SPPs)也是近年来一个新兴的领域,其具有高度表面局域及近场增强等特性,也吸引了人们的广泛关注。表面等离激元旋涡(PV)作为光学旋涡在表面等离激元中的对应光场,其同时具备了光学旋涡和表面等离激元的特点,在光镊、微观结构设计、超分辨显微成像、表面拉曼散射增强等领域都具有非常重要的潜在应用价值,但是目前对于表面等离激元旋涡的研究报道还非常少见。本文结合实验和理论分析对表面等离激元旋涡场的全光调控以及其在光镊领域的应用进行了深入的研究。  首先在绪论中介绍了光学旋涡的发展背景,和它的一些基本性质以及在光镊领域的应用情况。接着介绍了表面等离激元旋涡的研究现状和其应用情况。  然后总结了几种激发表面等离激元和表面等离激元旋涡场的方法,以及对PV的光场分布特性作了归纳。  接下来提出了以广义柱对称矢量光紧聚焦于金属膜激发表面等离激元的模型,从理论上分析了矢量光束偏振性质对激发产生SPPs场的影响,并具体细化了各偏振分量比例和偏振夹角的作用。通过调节径向偏振旋涡光的螺旋相位因子使激发产生的表面等离激元旋涡场干涉成三角形和四边形等多边形。  最后通过实验和理论研究系统地分析了表面等离激元旋涡光镊在操纵微观金属颗粒上的应用价值。在文中通过实验对比了传统OV光镊与PV光镊在操纵金颗粒上的区别,证实了OV在操纵金颗粒上的局限性,以及PV光镊的优越性。  通过 FDTD仿真模拟分析了金颗粒在两种光镊场中的受力分布,清晰地揭示了梯度力及散射力在光镊操纵过程所起的作用,通过受力分布分别画出了两种光镊中的势阱分布,并进一步研究了颗粒尺寸及拓扑荷对颗粒在PV场中旋转速度的影响。  对表面等离激元旋涡的研究不仅对操纵金属微观颗粒的技术具有重要意义,并且对分选、OAM探测、微观构造及超分辨显微成像等其它应用领域也能产生积极的促进作用。
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