论文部分内容阅读
尺寸与波长相当的透明介质微粒具有聚光特性。当平面波照射到介质微粒上时,其背光一侧因光线汇聚而产生焦斑,即光子纳米喷流(photonic nanojet)。光子纳米喷流是一个非消逝的高强度电磁光束,可以应用在光刻、超分辨成像、低损耗波导以及超高密度光储存等光学领域。在实际应用中往往需要强度高、尺寸小、传播距离长的焦斑,因此介质微粒的聚光性能可以由光子纳米喷流的强度、半高全宽以及传播距离等参数来表征。通过改变微粒的材料,结构,尺寸以及环境材料等参数来获得质量较好的光子纳米喷流已经发展为研究热点。本论文提出了两种双层类球介质微粒,使用CST Microwave Studio仿真软件对其聚光特性进行理论研究。论文的主要工作和结果如下:1.研究双层半球介质微粒的聚光特性。该结构能在材料折射率与环境折射率之比大于2时将入射光汇聚在外部。在相同的条件下与均匀半球相比,其喷射长度和焦距明显增加。计算结果表明,双层半球介质微粒的壳-核半径比和材料折射率对光子纳米喷流的调控作用显著;当R_s:R_c=10:6时,可得到超长光子纳米喷流。在研究中得到了小于传统衍射极限λ/2的光子纳米喷流(n_s=1.6,n_c=1.3),其半高全宽为167.8nm,不仅具有高度空间局域性,还具有较长的纵向尺寸,在远场操作中具有实用价值。2.研究以氟化钙微球为内核的双层包覆微球的聚光特性。根据仿真数据优化结构参数,结果表明球壳半径、材料和包覆率对其聚光性能的影响都是非单调的,优化得到的最优结构为R_c=1.5μm,n_c=1.43,R_s=2.8μm,n_s=1.65,80%包覆。结构优化后的双层包覆型介质微粒经不同波长的入射光照后都能产生具有亚波长束宽的光子纳米喷流,其喷射长度可达8.2μm。