成大研發快訊 - 文摘
成大研發快訊 第十五卷 第八期 - 2010年十月二十二日
[ http://research.ncku.edu.tw/re/articles/c/20101022/4.html ]
電漿子光學之尖端研究
陳寬任
1,2,*, 洪健雄
2, Anatoliy V. Goncharenko
11國立成功大學物理系
2國立成功大學光電科學與工程研究所 [email protected]
國立成功大學 標竿計畫《R029》
當
金屬結構尺度縮小至微奈米時，金屬表面之自由電子與外加電磁場(波)間具有 集體強烈交互作用，而此作用將使得物質產生新穎的光學特性，可與原組成物質大 不相同。本研究即利用這種特性，設計出特殊次波長尺度結構，更深入地研究表面 電漿子共振效應對電磁波的影響和其中的基本物理內涵，並探討具突破性應用之可 能性。以下，我們應本校「邁向頂尖大學計畫推動總中心研究組」之邀請，撰寫此 文簡述本研究計畫中電漿子聚焦透鏡之研究成果。圖一 (a) 沿著金屬表面之NSOM量測結果及峰值聚焦 磁場能量模擬結果(NSOM量測結果之峰值已歸一至 磁場能量峰值) (b) OM底下之觀察結果。
使用特殊出口結構之電漿子透鏡，可使得光能突破 傳統繞射極限值地在中遠區被聚焦，其聚焦光點小 於0.5個波長並在中區聚焦的模擬結果已經由近場掃 描式光學顯微鏡及光學顯微鏡量測結果所驗證(如圖 一所示)[1]。本聚焦光與Pendry等人，利用近場消散 波繞過成像極限[2-7]之研究不同，本聚焦光之焦點 位於中區中，為一可傳播之電磁波(如圖二所示)。
在微波波段下，亦可得到超越傳統繞射極限小於0.5 個波長之聚焦電磁波。在此波段下沒有近場消散波 之存在，因此在可見光波段下之聚焦效應亦可排除 近場之影響。次波長聚焦透鏡預期將可應用在半導 體光微影製程、影像感測元件、高解析度之影像用 顯微鏡及更小光點的光儲存等。
圖二 瞬時磁場之模擬結果。
在基礎學術研究上，表面電漿子與電磁波耦合後產生之特殊光學特性，如異常穿透及近場消散波等，我們
1 of 2
成大研發快訊 - 文摘
也提供了不同於一般認知的物理機制；而經由特殊設計之次波長金屬結構，與表面電漿子共振耦合後因應 不同目的的光操控，則大大地增加了應用於奈米光學元件、改進現有光學系統限制之可能性。
參考文獻:
1. K. R. Chen, et al., “Beyond-limit light focusing in the intermediate zone”, arXive:0901.1731v1 [physics.
optics]
2. J. B. Pendry, “Negative Refraction Makes a Perfect Lens”, Phys. Reve. Lett., 85, 3966 (2000).
3. N. Fang, H. Lee, C. Sun, X. Zhang, “Sub-Diffraction-Limited Optical Imaging with a Silver Superlens”, Science, 308, 534 (2005).
4. T. Taubner, D. Korobkin, Y. Urzhumov, G. Shvets, R. Hillenbrand, “Near-Field Microscopy Through a Sic Superlens”, Science, 313, 534 (2005).
5. D. O. S. Melville, R. J. Blaikie, “Super-resolution imaging through a planar silver layer”, Opt. Express, 12, 2127 (2005).
6. Z. W. Liu, H. Lee, C. Sun, X. Zhang, “Far-Field Optical Hyperlens Magnifying Sub-Diffraction- Limited Objects”, Science, 315, 1686 (2007).
7. R. Merlin, “Radiation Electromagnetic Interference: Evanescent-Field Lenses and Perfect Focusing”, Science, 317, 927 (2007).
2 of 2
