研究目的
展示一种新型的圆偏振测量技术，用于获取远场发射作为角度函数的完整偏振态，并将其应用于等离子体纳米结构。
研究成果
新型CL偏振测量技术成功获取了等离子体纳米结构远场发射的完整偏振态，为研究其光学特性提供了重要依据。该方法为表征金属和半导体纳米光子几何结构开辟了新途径。
研究不足
该技术的适用性已在特定的等离子体纳米结构上得到验证，而其在更广泛材料和几何形状上的有效性仍有待探索。
2016年欧洲显微镜学大会：会议录 || 等离子体纳米结构的角度分辨阴极荧光偏振测量
DOI：10.1002/9783527808465.emc2016.5878
出版年份：2016
更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要：
等离激元超材料和超表面能够在深亚波长尺度上调控光的传播、约束与发射。这类材料的光学特性大多编码于远场发射的光谱、角向强度分布及偏振态中。角分辨阴极荧光成像光谱技术（ARCIS）是研究这些特性的强大平台，它兼具纳米级激发分辨率与光谱及角向发射强度分布的测量能力。我们特别采用30千电子伏特电子束作为定义明确的宽带激发源——该光源对光学态密度敏感。该方法已用于研究多种介电和等离激元纳米结构的光谱与角向光学特性，但此前仅能测量发射强度而无法获取光发射的矢量偏振信息。发射偏振态蕴含着识别多极子、分离波导中横磁/横电模式、表征发射源相干性等宝贵信息。
本文展示了一种新型阴极荧光偏振测量技术，通过获取斯托克斯矢量（即远场发射的完整偏振态随角度变化关系）实现突破[1]。为此我们在光路中增设四分之一波片和线偏振片（装置示意图见图1），通过六组特定波片与偏振片角度组合测量重构探测平面内的偏振分布，经铝抛物面镜光学系统校正后最终获得发射偏振分布。该技术应用于单晶金基底聚焦离子束刻蚀制备的金质等离激元牛眼光栅（扫描电镜图像见图2(a)）。这些牛眼结构能相干耦合出电子束激发的表面等离激元极化激元（SPPs）。由于电子束位置可任意调节，我们得以研究不同激发位置的影响：中心激发时，光栅同相驱动形成符合对称性预期的方位角对称图案与径向偏振分布（图2(b-c)）；而偏心激发时则呈现显著复杂化的多瓣结构，角向空间出现圆偏振与线偏振交替区域。为验证手性结构适用性，我们进一步研究不同旋向螺旋牛眼，证实其手性特征反映在场分布中。通过测量具有垂直偶极源特征的径向偏振过渡辐射，验证了该偏振测量技术的有效性。这项工作为金属与半导体纳米光子结构的偏振测量开辟了道路，有助于深入表征和理解其光学特性。
作者：
Toon Coenen，Clara Osorio，Benjamin Brenny，Albert Polman，Femius Koenderink
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