基于纳米颗粒的近场光场多分量表征技术

近场光学主要探索光波长以内的近场区域的光学现象,是一门研究光与物质在纳米尺度相互作用的学科。近场光场区域内会产生如自旋轨道耦合等诸多独特的物理现象,是光学领域的研究热点,对其进行精确的表征有助于相关物理现象的探究。然而,近场光场较强的束缚性和复杂的矢量性使近场光学表征技术成为该领域研究的难点和热点。典型的近场扫描光学显微技术采用近场探针探入到近场区域从而收集近场光信息,可以在一定程度上解决束缚性的问题。但是其复杂的矢量性需要设计独特的近场探针来实现不同光场分量的探测,相应的探针也需要纳米尺度的结构设计和昂贵复杂的半导体微纳加工工艺作为保证。本文着重介绍关于利用纳米颗粒作为近场探针的新型近场光场多分量表征技术的一系列工作。纳米颗粒是圆对称结构,理论上可以响应所有近场分量。依据米散射理论可以通过对颗粒材质、尺寸的设计,表征所需近场分量,包括面内、面外的光频电场、磁场等分量,并且通过对这些分量的精确测量,还可以对近场区域内自旋分量、轨道自旋耦合、光学拓扑结构等进行精确地表征。该类方法使用的近场探针易于制造,具有低成本、无需复杂控制系统等优势,为近场光学的研究提供了一种高效的表征手段。