表面等離激元（SPP）是一種存在金屬與介質(zhì)界面的電磁模式，具有亞波長傳播和局域場(chǎng)增強(qiáng)的特性，因而受到人們的青睞，是微納尺度下進(jìn)行光子操縱和集成的優(yōu)良載體。隨著人們對(duì)表面等離激元認(rèn)識(shí)的不斷深入和對(duì)微納光子器件應(yīng)用需求的增加，如何在近場(chǎng)范圍內(nèi)精確調(diào)控等離激元波的傳播并實(shí)現(xiàn)特定的場(chǎng)強(qiáng)分布成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。
南京大學(xué)現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院李濤教授、祝世寧院士研究組在過去幾年中發(fā)展并推廣了一套新穎的面內(nèi)衍射調(diào)控SPP波的方法，實(shí)現(xiàn)了諸如Airy波束、準(zhǔn)直波束、寬帶聚焦與波分復(fù)用等效應(yīng)和功能。后來他們進(jìn)一步將全息思想引入進(jìn)來，實(shí)現(xiàn)了在金屬表面蜿蜒行走的SPP波束。相關(guān)研究大大加深了人們對(duì)SPP波束特性的理解，并提供了強(qiáng)大的微納光場(chǎng)調(diào)控的手段。今年五月份，李濤教授受邀在《激光與光電子學(xué)進(jìn)展》發(fā)表綜述文章《表面等離激元的傳播操控：從波束調(diào)制到近場(chǎng)全息》，系統(tǒng)介紹了該領(lǐng)域的研究進(jìn)展（該綜述論文被評(píng)為該刊物第五期優(yōu)秀論文，見圖一）。該文章后半部分還強(qiáng)調(diào)，等離激元近場(chǎng)全息將可能是今后發(fā)展的重要方向。
表面等離激元傳播調(diào)控的綜述論文
（a）按照四個(gè)方向傳播的SPP作為參考光進(jìn)行空間成像的復(fù)用全息設(shè)計(jì)和樣品照片。（b-e）實(shí)驗(yàn)測(cè)得由不同方向傳播SPP所重構(gòu)出的空間全息圖
近期，李濤教授、祝世寧院士研究組在SPP波空間輻射全息成像方面又獲得新進(jìn)展，成功通過傳播的SPP波與空間的全息目標(biāo)光場(chǎng)干涉，獲得可實(shí)現(xiàn)多個(gè)成像目標(biāo)復(fù)用的SPP全息圖，并可通過不同傳播方向的SPP將其讀出重構(gòu)出來。該方法突破了傳統(tǒng)偏振復(fù)用全息僅有兩個(gè)正交態(tài)的限制，獲得了四重?zé)o串?dāng)_的全息圖樣（見圖二）。他們進(jìn)一步利用SPP散射單元的取向控制實(shí)現(xiàn)將空間衍射全息的偏振調(diào)控，并與SPP方向復(fù)用相結(jié)合，演示了“CEAS”四個(gè)字母的四重復(fù)用全息成像（見圖三）。該樣品尺度在幾十微米量級(jí)，全息成像在樣品表面40微米處，獲得全息圖案可通過入射出射的偏振片進(jìn)行動(dòng)態(tài)選擇調(diào)控。
（a）SPP傳播與空間偏振聯(lián)合復(fù)用的全息樣品圖，（b）空間全息示意圖及最終實(shí)驗(yàn)獲得的四重解復(fù)用全息成像。
這是一種新穎的以近場(chǎng)表面波為參考光的全息技術(shù)，同時(shí)引入了SPP傳播方向作為全息的復(fù)用維度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，這種復(fù)用方法最小的串?dāng)_角度大約在20度，這樣平面內(nèi)可以有近360/20=18個(gè)不同傳播方向的SPP可作為復(fù)用通道，這大大增加信息加載的容量。同時(shí)，以表面波為照明光，大大節(jié)約了傳統(tǒng)全息的照明空間，有利于在集成光學(xué)成像和顯示方面應(yīng)用。本工作雖然以全息成像作為演示結(jié)果，其更重要的意義在于將SPP面內(nèi)傳播與空間多維光場(chǎng)調(diào)控結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)了倏逝波的信息與空間光場(chǎng)信息進(jìn)行有效轉(zhuǎn)換，這一全新的光場(chǎng)調(diào)控思路將為微納尺度下的光子技術(shù)開拓了新的方案和研究平臺(tái)。
該工作近日發(fā)表在Nano Letters
(DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b02295)，文章第一作者是現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院直博研究生陳績(jī)，通訊作者是李濤教授和王漱明研究員。該工作受到科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（量子調(diào)控和納米專項(xiàng)），國家自然科學(xué)基金創(chuàng)新群體項(xiàng)目、優(yōu)秀青年基金、面上基金項(xiàng)目的支持，同時(shí)也感謝南京大學(xué)登峰人才計(jì)劃（B類）的支持。
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