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申请/专利权人：天津大学

摘要：本发明涉及金属‑介质界面上表面等离激元激发技术，为实现在任意偏振光入射下实现SPPs的定向激发，打破SPPs激发方向和入射光偏振方向间相对关系的局限性，并且提升调控能力，本发明，偏振可控的定向表面等离激元激发装置，包括两组偶极子源，每组由两个相同的偶极子源组成，以平面内的偶极子谐振作为表面等离激元SPPs的激发结构单元，通过控制不同组偶极子源的SPPs激发相位、几何相位以及传播相位，来控制它们激发的SPPs之间的偏振相关干涉效应，实现任意偏振光入射下的SPPs定向激发，并在对应正交偏振光入射下使其激发的SPPs传播方向反转。本发明主要应用于金属‑介质界面上表面等离激元激发场合。

主权项：1.一种偏振可控的定向表面等离激元激发装置，其特征是，包括两组偶极子源，每组由两个相同的偶极子源组成，以平面内的偶极子谐振作为表面等离激元SPPs的激发结构单元，通过控制不同组偶极子源的SPPs激发相位、几何相位以及传播相位，来控制它们激发的SPPs之间的偏振相关干涉效应，实现任意偏振光入射下的SPPs定向激发，并在对应正交偏振光入射下使其激发的SPPs传播方向反转；对于一个金属平面内的偶极子源，其方向平行于w，与x轴方向呈θ角，在电场强度为Ein的入射光入射下，该偶极子只能被平行于它的电场分量激发，即Ew＝Ein·ww，其被激发后便会向外激发SPPs，SPPs场分布用如下公式进行具体描述： 其中，EN代表该偶极子在Ein入射下激发的SPPs在面上任意一点N的电场；C0是一个复数，代表了偶极子源在被Ew分量激发下的SPPs耦合系数；kSP＝2πλSP是SPPs的波矢；λSP是激发SPPs的波长；w0是偶极子与N点的距离，由四列偶极子组成SPPs激发器，SPPs激发器分为左DP1、右DP2两列偶极子对，偶极子的摆放角度从左到右分别为：θ1＝3π4,θ2＝π4,θ3＝π4,θ4＝3π4，在每列偶极子对中，偶极子之间在x方向上的距离为S＝3λSP4，y方向的距离为D＝λSP2；两列偶极子对整体在x方向上的距离为L，在y方向有一错位距离D2；单独偶极子对的SPPs激发：对于DP1，在圆偏振光入射下其在x方向上激发的SPPs表示为：E1＝C1Ein·w1δcosθ1expiδkSPS2+C1Ein·w2δcosθ2exp-iδkSPS2＝C1σ-δexp[i3πσ+δ4]2，其中σ＝-1和+1分别代表Ein是右旋圆偏振RCP和左旋圆偏振LCP；δ＝-1和+1分别代表向左或者向右传播的SPPs，将前述角度和间距参数代入后得，RCP只能激发向右传播的SPPs：E1R,RCP＝-C1；LCP只能激发向左传播的SPPs：E1L,LCP＝C1，其中下角标中的R和L分别代表激发器右侧和左侧；对于DP2，在圆偏振光入射下，激发的SPPs表示为：E2＝C2δ+σexp[iσπ4+3δπ4]2，与DP1相反，RCP只能激发向左传播的SPPs：E2L,RCP＝C2；LCP只能激发向右传播的SPPs：E2R,LCP＝-C2；DP1和DP2同时存在的情况，对于任意的偏振光Ein，都可以用RCP与LCP表示： 其中a和δ分别表示入射光中y偏振分量与x偏振分量之间的振幅比和相位差，所以任意的一束偏振光Ein都可以被分解为振幅为相位为的RCP和LCP分量，对于DP1，RCP和LCP分别激发向右和向左传播的SPPs:E1R,RCP＝-C1，E1L,LCP＝C1；对于DP2，RCP和LCP分别激发向左和向右传播的SPPs:E2L,RCP＝C2，E2R,LCP＝-C2，其中，激发的表面等离激元E1L,LCP和E2L,RCP在左边发生干涉，E1R,RCP和E2R,LCP在右边发生干涉，左右两边的表面等离激元场分别表示为EL，ER： 这里的ψ1＝argC1和ψ2＝argC2表示的是D1和D2激发SPPs的相位响应，在Ein入射下，若要实现单向向左激发SPPs，则向左右两边传播的SPPs需要分别满足相干相长和相干相消，若要实现单向向右激发则需求正好相反，现以单向向左激发SPPs为例进行讨论，根据公式3，若向右激发的SPPs相干相消，即使ER＝0，则D1和D2的激发响应首先需要满足|C2||C1|＝ARCPALCP，此时ER被简化为： 可见，实现相干相消还需满足以下相位条件，其中n为整数： 若要激发器在正交偏振光入射下，使SPPs的传播方向发生反转，则这种情况下需使向左激发的SPPs相消干涉，该与Ein正交的偏振光Ein′表示为： 此时，RCP分量和LCP分量的振幅和相位分别表示为：ARCP′＝ALCP,ALCP′＝ARCP,和因此在Ein′入射下左右两边的表面等离激元场EL′和ER′表示为： 因为|C2||C1|＝ARCPALCP，所以EL′进一步简化为： 在正交偏振光Ein′入射下，若要向左激发的SPPs相干相消，即EL′＝0，得到另一个条件： 为了实现偏振可控的定向SPPs激发，公式5和公式9必须同时满足，得到：ψ2-ψ1＝±π210以上推导说明，D1和D2的激发相位需要相差π2或-π2，激发振幅需要满足|C2||C1|＝ARCPALCP，同时，还可以得到对应的L需要满足： 根据上述推导，将Ein入射下的EL和Ein′入射下的ER′分别表示为： 可见，两种偏振入射下的单向激发SPPs的振幅也同时是相等的；如果SPPs激发单元：D1和D2的激发响应满足|C2||C1|＝ARCPALCP和ψ2-ψ1＝±π2，同时狭缝对之间的距离L满足即可实现在Ein入射下单向向左激发SPPs，Ein′入射下单向向右激发SPPs。

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