飞秒传输表面等离激元的近场成像表征与激发效率的调控*

赵翔宇 秦楡禄 季博宇 郎鹏 宋晓伟 林景全

(长春理工大学理学院, 长春 130022)

飞秒传输表面等离激元(femtosecond propagating surface plasmon, fs-PSP)的近场成像表征和激发效率的主动控制是实现其应用的先决条件.本文利用光发射电子显微镜对银纳米薄膜上刻蚀的凹槽耦合结构处激发的fs-PSP进行近场成像.并系统测量了入射激光波长在720—900 nm范围内fs-PSP近电场与入射激光场干涉信号的周期和fs-PSP的波长.在此基础上, 进一步利用飞秒双光束泵浦-探测实验证实了调节入射激光的偏振方向可实现对fs-PSP激发效率的调控.由实验结果可知, 当入射激光偏振接近0° (P偏振)时, fs-PSP的激发效率最高, 当入射光偏振接近90° (S偏振)时, fs-PSP的激发效率最低.相较于有限时域差分方法模拟, 在飞秒双光束泵浦-探测实验中归一化光发射电子产额随入射激光偏振方向变化的曲线出现平台区, 我们把这一现象归因于探测激光的背景噪声淹没了fs-PSP激发效率的变化.该研究为实现fs-PSP激发效率的工程性调控和优化等离激元器件的性能奠定了基础.

1 引 言

飞秒传输表面等离激元(femtosecond propagating surface plasmon, fs-PSP)是传播在金属-电介质/真空界面的电磁模式.fs-PSP最显著的特性是将能量约束在亚波长尺度, 传播速度接近光速,并且具有空前的太赫兹带宽.这些特性使其可以作为小型化光电子器件[1−4]中带宽信息传输的载体.近年来等离激元器件的多种功能性已经被理论和实验证实[1,2], 例如波导[3−5]、多通复用[6,7]、分束[8,9]和聚焦[10,11]等.在这些方面, 深入理解fs-PSP近场特性并实现对其……