无人工结构辅助的表面等离激元涡旋场激发研究

郑佳新，陈佳，陶少华，张榕鑫，王大鹏

(1.厦门大学电子科学与技术学院（国家示范性微电子学院），福建厦门，361005；2.中南大学物理与电子学院，湖南长沙，410083)

光的角动量作为光波的一个重要特性，一直备受关注。光不但具有自旋角动量[1]，而且可携带轨道角动量[2]。光的轨道角动量与光的空间相位分布对应，是一种与自旋角动量不同的可操纵维度。携带轨道角动量的涡旋光已经在微操纵[3]、成像[4]以及数据传输[5−6]等诸多领域展现了其独特价值。为了适应目前光电器件微型化、集成化的发展需求，将空间光学涡旋的尺寸进一步压缩甚至突破衍射极限意义重大。2008年，GORODETSKI 等[7]构建了具有几何相位的表面等离激元涡旋，对亚波长尺度范围内光的轨道角动量进行了研究。表面等离激元涡旋是金属表面基于表面等离激元中心对称的涡旋场，具有螺旋相位分布，它的电场和光强分布一般是第一类贝塞尔函数分布，相位分布随方位角旋转，同时，这种旋涡的尺寸可以很小，有可能突破波长范围，故其在微操纵领域的调控会比空间涡旋光更为精细，从而在光镊[8−9]、微型传输器件[10−11]等方面具有重要的应用。因此，如何更高效地获得表面等离激元涡旋场是近年来研究的热点。2010年，KIM 等[12]提出利用阿基米德螺旋狭缝表面等离激元透镜可以很方便地生成表面等离激元涡旋场。2013年，YU等[13]在研究携带轨道角动量的光束照射到具有几何弯曲特征的纳米缝金属表面所激发的表面等离激元场时，发现光中的轨道角动量保留了下来。……