[發明專利]納米光場自旋-軌道相互作用測量系統及方法

有效

• 申請號: 201710944829.0
• 申請日: 2017-09-30
• 公開（公告）號: CN109596576B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 孫琳;白本鋒;張小萌;王佳
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01N21/63
• 分類號: G01N21/63
• 代理公司: 北京華進京聯知識產權代理有限公司 11606
• 代理人: 哈達

一種旋性分辨的探針外差干涉裝置、納米光場自旋?軌道相互作用測量系統和方法。所述探針外差干涉裝置包括：分光模塊，單束激光經過所述分光模塊分為原測量光和原參考光；差頻生成裝置對原測量光和原參考光進行頻率調制，輸出預定頻率差的測量光和參考光；測量光偏振控制裝置設置在測量光的傳輸方向上；聚焦掃描裝置設置在測量光偏振控制裝置的參考光的輸出方向上輸出照明光；照明光激發樣品產生納米光場，孔徑型掃描近場光學顯微鏡裝置在近場探測收集納米光場并輸出樣品信息光；參考光偏振補償裝置設置在參考光的傳輸方向上，參考光入射到參考光偏振補償裝置輸出偏振補償光；樣品信息光和偏振補償光傳輸至耦合裝置發生干涉產生外差干涉光。

技術領域

本發明涉及納米光學和納米光子學測量領域，尤其涉及一種旋性分辨的探針外差干涉裝置、納米光場自旋-軌道相互作用測量方法和系統。

背景技術

光在媒介中傳播時同時存在著兩種繞著光軸的轉動，一種是源于光子的手性/旋性（chirality 和helicity）在時間上的自旋轉動，這種基于光子偏振的轉動具有自旋角動量（spin angular momentum）。另一種是源自光強度及相位在空間分布上的轉動，這種基于光空間分布的轉動具有軌道角動量（orbit angular momentum）。當光子或光在非同質光學介質中傳播或在光學表面發生折射或反射時，光子的自旋角動量及軌道角動量之間會相互耦合和轉化，產生光子自旋-軌道相互作用。

在傳統幾何光學器件中的光子自旋-軌道作用十分微弱難以觀測。而納米光學中的超構表面（Metasurface）器件可以作為一類有效的功能器件平臺，可增強光子自旋-軌道相互作用，以實現觀測。傳統技術中，采用基于探針外差干涉技術的掃描近場光學顯微鏡可以實現相位分辨的超衍射光學分辨率的近場測量，但同時直接實現旋性分辨的近場測量很困難，因此無法直接在近場進行納米光場自旋-軌道相互作用的測量研究。

發明內容

基于此，有必要針對上述技術問題，提供一種能夠在介觀尺度上簡單直接地實現近場旋性及相位分辨的探針外差干涉裝置、納米光場自旋-軌道相互作用測量系統和方法。

本發明提供一種旋性分辨的探針外差干涉裝置，包括：

分光模塊，單束激光經過所述分光模塊分為原測量光和原參考光；

差頻生成裝置，設置在所述原測量光和原參考光的傳輸方向上，對原測量光和原參考光進行頻率調制，輸出測量光和參考光，并使所述測量光與所述參考光產生預定頻率差；

測量光偏振控制裝置，設置在所述測量光的傳輸方向上，所述測量光入射到所述測量光偏振控制裝置后對所述測量光的偏振態進行調整；

聚焦掃描裝置，設置在所述測量光偏振控制裝置的參考光的輸出方向上，對經過所述測量光偏振控制裝置后的測量光進行聚焦輸出照明光，并微調所述照明光相對于樣品的激發位置；

孔徑型掃描近場光學顯微鏡裝置，所述照明光激發所述樣品產生納米光場，所述孔徑型掃描近場光學顯微鏡裝置在近場探測收集所述納米光場并輸出樣品信息光；

參考光偏振補償裝置，設置在所述參考光的傳輸方向上，所述參考光入射到所述參考光偏振補償裝置后輸出偏振補償光；

耦合裝置，所述樣品信息光與所述偏振補償光入射到所述耦合裝置發生干涉產生外差干涉光。

在一個實施例中，所述差頻生成裝置包括：

第一移頻器和第一光闌，沿原測量光的傳播方向依次設置；

第二移頻器和第二光闌，沿原參考光的傳播方向依次設置；

所述第一移頻器和所述第二移頻器為聲光移頻器或聲光調制器。

在一個實施例中，所述測量光偏振控制裝置包括起偏器、四分之一波片或空間光調制器，沿所述測量光的傳播方向依次設置。