光栅耦合型金属针尖的纳米聚焦模式演化过程
【西北工业大学梅霆教授研究团队】

        针尖增强拉曼光谱术(TERS)在物理、化学及材料等领域具有重要应用价值,常规TERS系统中,照明光斑尺寸远大于金属针尖,针尖尖端会产生远场背景信号,其对体材料分析等研究会造成很大影响。一种有效避免远场背景信号的方式是将光照射在针尖体的光栅上,光栅产生的表面等离激元(SPPs)传输到针尖尖端并聚焦。虽然光栅耦合型针尖已经用于TERS探测,但此类型针尖的纳米聚焦机制并不完善。
        西北工业大学梅霆教授、张文定副教授团队基于导波理论及时域有限差分算法详细阐述了针尖尖端无背景纳米聚焦光源产生的物理过程,揭示了光栅产生的SPPs在绝热锥形波导上的模式演化,并最终在针尖尖端实现聚焦的过程。这项工作将有助于优化设计并提高光栅耦合型金属针尖TERS系统的性能。

(a) 光栅耦合型金属针尖;(b) 表面等离激元模式有效折射率与针尖半径的关系;(c) 针尖尖端的电场分布;(d) 距针尖底部1 nm处的横向电场分布

研究团队简介
        西北工业大学纳米光子学研究团队由梅霆教授于2013年依托陕西省光信息技术重点实验室组建。研究团队包括教授1人(梅霆)、副教授1人(张文定)、博士及硕士研究生17人。团队研究方向主要集中于光纤中结构光场精准调控、表面等离子结构、结构光场与表面等离子结构相互作用、非线性表面等离激元等领域的基础应用研究。该团队最近完成的研究工作有:1)建立了光纤中结构光场产生及调控的偏振依赖矢量模式耦合及级联矢量模式耦合理论模型;2)实现了光纤中柱状矢量光场高效产生及偏振态转换,并在此基础上搭建了偏振态可动态转换的全光纤柱状矢量光场激光器;3)实现了光纤中高阶涡旋光场的产生及拓扑荷调控,并在此基础上搭建了波长及模式可精准操控且高度同轴的STED光源;4)实现了光纤中超快涡旋场产生及涡旋光场的非线性频率转换;5)利用光纤矢量光场激发金属化光纤探针,获得了高增强因子纳米聚焦光源。另外,研究团队在表面等离激元方面的工作包括局域场增强光谱、表面等离激元聚焦、表面等离激元热电子效应、非线性增强效应等。

相关论文 
Lu F F, Zhang W D, Huang L G, Liang S H, Mao D et al. Mode evolution and nanofocusing of grating-coupled surface plasmon polaritons on metallic tip. Opto-Electronic Advances 1, 180010 (2018). 
DOI: 10.29026/oea.2018.180010