[发明专利]一维金属光子晶体柱对称矢量光束聚焦平凹镜

说明书

技术领域

本发明涉及一种亚波长光子学、量子光学、光学微操纵等领域的用于光场调控的金属微结构,尤其涉及的是一种用于对柱对称矢量光束亚波长聚焦的光子晶体平凹镜，属于人工微结构材料及精细光场调控的交叉领域。

背景技术

人工微结构实现电磁波的灵活调控、以及亚波长尺度微结构新颖光学特性，是目前光学与多学科前沿交叉领域的研究热点。而实现柱对称矢量光束的精细光场调控在亚波长光子学、近场光学、量子光学等研究领域均有广泛而长期的应用前景。通过材料结构单元亚波长尺度设计，可以实现光场物理量的精细控制；并能实现宏观材料无法实现的光学性质，如负折射率等；基于金属光子晶体的紧凑型光学元件也使光电集成趋于现实。

1968年，苏联科学家V.G.Veselago（Veselago V G.The electrodynamics of substances with simultaneously negative values of∈andμ[J].Physics-Uspekhi,1968,10(4):509-514.）预言了具有负介电常数和负磁导率介质的存在，这种介质称为“左手媒质”，它的折射率为负值，具有反常折射现象。

1987年，E.Yablonovitch（Yablonovitch E.Inhibited spontaneous emission in solid-state physics and electronics[J].Physical review letters,1987,58(20):2059）和S.John（John S.Strong localization of photons in certain disordered dielectric superlattices[J].Physical review letters,1987,58(23):2486-2489）分别独立提出了光子晶体（photonic crystal）的概念。

2001年，美国加州大学的D.R.Smith（Shelby R A,Smith D R,Schultz S.Experimental verification of a negative index of refraction[J].science,2001,292(5514):77-79.）指出利用光子晶体的负折射可以实现实现对光的亚波长聚焦。

近年来，光子晶体的负折射效应受到人们的广泛关注。2006年，P.Vodo等（Vodo P,Lu W T,Huang Y,et al.Negative refraction and plano-concave lens focusing in one-dimensional photonic crystals[J].Applied physics letters,2006,89(8):084104；Vodo P,Lu W T,Huang Y,et al.Negative refraction and plano-concave lens focusing in one-dimensional photonic crystals[J].Applied physics letters,2006,89(8):084104）分析了一维、二维光子晶体的负折射特性，并且用一维和二维光子晶体平凹镜实现了线偏振光的聚焦。

实现对光与物质相互作用的有效操控，是人们长期追求的目标。完整地描述一个光场，涉及的基本物理量包括频率、振幅、位相和偏振。偏振态在空间非均匀分布的矢量光场，与标量光场相比，在时空演化以及与物质相互作用方面蕴含更丰富的物理效应。

偏振光的聚焦的分析理论首先由Richards和Wolf提出（Richards B,Wolf E.Electromagnetic diffraction in optical systems.II.Structure of the image field in an aplanatic system[J].Proceedings of the Royal Society of London.Series A.Mathematical and Physical Sciences,1959,253(1274):358-379.）。