雙層微金字塔結構耦合空間光調制的光子納米射流研究

孫澤華，劉衛國，葛少博，劉丙才，吳春芳，惠迎雪

（西安工業大學 光電工程學院 陜西省薄膜技術與光學檢測重點實驗室，西安 710021）

0 引言

當平面波照射介電材料微結構時，會在陰影面出現高強度能量聚集區域并向遠場輻射，這就是光子納米射流（Photonic Nanojet，PNJ）效應［1］。得益于PNJ 橫向光場的高度空間局部化，可以將倏逝場向傳播場轉化，進而突破衍射極限，并且能在一定距離上保持近無衍射地傳播。同時，PNJ 易與其他技術集成的屬性也使其在超分辨成像、生化分析檢測和超高密度光存儲等各個領域展現出了巨大的應用價值［2］。

自2004 年CHEN Zhigang 等提出光子納米射流的概念以來，研究人員通過改變各種參數探尋影響光子納米射流性能特征的因素［3］。結果表明，光子納米射流的形成與微結構形狀、入射波長和微結構與背景折射率之比（即折射率對比度）等參數有關［4］。其中，折射率對比度的改變可以顯著影響光子納米射流的光場分布。例如，在波長為800 nm 時，對直徑5 μm 的單粒子進行近場光場的建模，粒子處于水介質中比在空氣中產生光子納米射流的焦距增加了2λ［5］。此外，立足于微結構本身折射率的改變也是一種常用思路，例如，波長為400 nm，微球直徑同為2 μm 的情況下不同結構產生的光子納米射流，當微球為折射率1.59 的聚苯乙烯時，聚焦光場的縱向長度為4.7λ；當微球為折射率由1 到2 的100 層等厚同心殼梯度時，聚焦光場的縱向長度增加到11.8λ［6］。相關研究雖然能獲取不同的光子納米射流，但無法實現動態調控，而液晶憑借著外場可調的特性走入了學者們的視野。……