亚波长类光栅超材料超衍射特性研究刘文玮1.2,陈树琪1.2,李占成1.2,程化1.2,田建国1.2（1.南开大学物理科学学院，天津300071;2.南开大学泰达应用物理研究院，天津300457）摘要：消逝波是影响光学超分辨性能的关键因索,木文通过研究单层银膜对消逝波的放大特性，提出了一种新型的类光栅结构，通过数值模拟证明了该结构在光学波段对消逝波的放大特性比单层银膜要强，在特定波段比单层银膜强5倍以上。同时，这种类光栅光学天线可以实现35。〜85。的广角入射下放大消逝波。我们还分析了入射光偏振对类光栅结构放大倏逝波的影响，进一步证明了亚波长类光栅光学天线对消逝波的放大作用。关键词：超材料；超分辨成像；消逝波；局域场增强；光学夭线：0433.3Studyonthesuperdiffractioncharacteristicsofsub-wavelengthgrating-likemetamaterials121i21o12LIUWenwei；CHENShuqi；LIZhancheng；CHENGHua；TIAN激anguo（1.SchoolofPhysics,NankaiUniversity,Tian激n300071;2.TEDAAppliedPhysicalInstitute,Tian激n300457）Abstract:Evanescentwaveisthekeyfactortolimittheopticalsuperdiffraction.Wepresentasub-wavelengthgrating-likestructurebyanalyzingthemagnifiedcharacteristicsofevanescentwavesinsilverfilm・Wenumericallydemonstratethemagnifiedcharacteristicsofevanescemwavesfortheproposedgrating-likestructurearebetterthanthoseofthesilverfilm,whichis5largerthatthatofthesilverfilminthespecialfrequecy.Meanwhile,thiskindofsub-wavelengthgrating-likestructurecanmagnifytheevanescentwavesinawiderangofangle・Wealsoanalyzetheeffectsoftheincidentpolarizationonthemagnifiedcharacteristicsofthesub-wavelengthgrating-likestructure,whichfurtherdemonstratesthatthiskindofopticalgrating-likeantennacanmagnifyevanescentwaves・Keywords:metamaterials;super-resolutionimaging;evanescentwaves;localizedfieldenhancement;opticalantenna0引言与其他成像技术，如电子显微镜（SEM,TEM）或原子力显微镜（AFM）等相比，光学成像技术虽然历史古老，却以其优异的快速并行成像能力，优越的抗干扰能力，对样品的低要求以及低廉的成木长期被广泛使用。但光学显微镜山于艾里斑（AiryDisk）的存在，其长度分辨率只能达到约一个波长。上世纪80年代，人们研制出近场扫描光学显微镜（NSOM）來利用物体表面的消逝波以提高分辨率，但这种方法受物体表面限制较大且成像速度慢，为此人们不断探求新的突破衍射极限的方法。衍射极限存在的物理原因是消逝波的存在，即原相位因子的傅里叶分量实际含冇…些大小随指数衰减的项，传统光学器件对电磁场的探测波矢横向分量kr不大于也,这是衍射极限存在的根本原因。近年来，基于表面等离子激元（SurfacePlasmonPolaritons,SPPs）的近场光学发展迅速。SPPs是电磁波与材料表面金属微结构相互耦合作用而激发出来的一种介观粒子，它可基金项高等学校博士学科专项科研基金资助课题（Nos.20100031120005和20120031120032）作者简介:刘文玮（1991-）,男,南开大学物理科学学院博士研究生•主要研究表面等离激元光学通信联系人：陈树琪（1979-）,男，副教授，主要研究方向：表面等离激元光学、超材料、表面增强拉曼散射、非线性光学等.schen@nankai.edu以在近场与电磁场(光子)发生相互激发，从而实现对电磁场的大尺度调制。SPPs的激发较为复杂，它与材料的电磁属性，金属结构的大小与周期关系，以及电磁波的偏振，入射角，相位分布等等都密切相关,这就使得幕于SPPs的超材料冇能力实现传统光学器件难以实现的电磁波调控性能，如高次谐波---本文于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---的激发⑶，全光开关［4］,隐身材料⑸，负折射率材料［6-8］,响应频率也从GHz,THz一直到UV波。2(X)0年，PendryJ.B.结合一些其他的工作⑼从理论上证明［⑼，利用金属微结构激发产生的SPPs,可以实现对消逝波的利用。近年来，人们在此基础上利用超材料不断地突破光学衍射极限，如利用金属层实现超分辨成像［H-13］；值得一提的是...