表面等离极化激元近场研究原理及传播的调制
摘要：极化激元可以实现纳米尺度上的光子操控和光与物质的相互作用的调控，已经成为现代物理学中的一个重要分支。近场光学能突破光学衍射极限，为极化激元的观测表征提供了基础，为今后量子物理和纳米光子学的发展提供了新思路。本文主要介绍近场光学成像的原理、表面等离激元的本质及其调制。
关键词：近场光学，表面等离激元，极化激元
1.近场光学成像原理
近年来随着光信息技术的发展，微型化、集成化、高性能和低损耗成为光学器件未来发展的趋势，传统光学器件由于受到光学衍射极限的限制，最佳分辨率约为入射波长的1/2，要提高空间分辨率通常需要减小入射光波长或增加数值孔径，而传统光学成像技术的最佳分辨率只能到百纳米量级，难以实现微型化和高度集成化，如何使光学器件突破衍射极限，实现纳米尺度光信号的产生、传输、调制和采集，已经成为纳米光子学领域的研究热点，近场光学[1]的出现为这一领域的发展提供了契机。
基于样品和探测器之间的距离L与入射光波长的相对关系可将物质周围的电磁场区域分为远场、近场和局域场三类，其中近场满足lambda;＞L＞0.01lambda;条件。在近场光学中，成像的空间分辨率是由样品与光学探针之间的距离以及探针的尺寸决定的[2]。远场光学中样品的点扩散函数由光的衍射决定，而当样品与探针之间的距离小于入射光波长时，近场光学中样品点扩散函数只由探针的尺寸决定。在近场光学中，电磁场局域在物体表面，称为倏逝波，其沿物理法线方向的波矢kz为纯虚数，因此可以打破传统波动光学中衍射的限制。
常用的实验观测手段如光发射电子显微镜(PEEM)或低能电子显微镜(LEEM)[3-4]、阴极荧光光谱(CL)[5]、电子能量损失谱(EELS)[6-9]和扫描近场光学显微镜(SNOM)[10]等。与其他成像技术相比，SNOM有许多优势，包括纳米级分辨率、相位信息测量[11]、偏振敏感[12]、针尖增强信号[13]以及宽波段成像等。迄今，SNOM已经被应用于金属、范德瓦尔斯晶体[14]等多种体系的近场光学研究中。
2.表面等离激元传播的调制
光子是横向电磁场的量子，光照射离子晶体时将激发横向电磁场，从而对离子晶体中光频支横波振动产生影响。当光子频率与横波光学模声子的频率相近时，两者的耦合很强，其结果将使光子与横波光学模声子的色散关系曲线发生很大改变，形成光子-横光学模声子的耦合，其量子称为极化激元。概括来讲，极化激元是指光子与其他粒子或准粒子（如等离激元、声子、激子等）耦合后形成的玻色子。极化激元学可以将自由空间光局域到纳米尺度，增强光与物质的相互作用，并且为光子的操控提供有效手段，从而成为纳米光子学中的研究重点。
