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Proposal of the generation methods for longitudinal electric fields by using a dielectric structure and a focused radially polarized beam
| Content Provider | Semantic Scholar |
|---|---|
| Author | Kitamura, Kyoko |
| Copyright Year | 2014 |
| Abstract | E-mail: kyoko@qoe.kuee.kyoto-u.ac.jp 【序】我々は、フォトニック結晶レーザの発する径偏光ビームに注目し、その集光特性の評価 1) や新たな光源の開発 を行ってきた。高開口数の条件で集光した径偏光ビームの焦点に、微小金 属や誘電体を設置すると、焦点に形成される z 偏光電場により、金属の表面プラズモンモードが 効率よく誘起されるなど、強い相互作用を生じる。一方で、光軸上において伝搬方向のポインチ ングエネルギーがゼロになるという性質から、相互作用の後に数波長伝搬した面でのエネルギー に大きな変化が見られず、遠隔場ではその影響を測り知ることが難しいなど、径偏光ビーム特有 の現象も前回までに明らかになってきた 。微小集光等の特長を有し、光ディスクや顕微鏡など の光技術において、大きな波及効果をもたらすことが期待されるものの、このように一般的なビ ームと大きく異なるため、集光点における光と物質との相互作用を詳細に検討することは、本ビ ームの様々な応用上、極めて重要な課題である。今回、これまでの検討を踏まえて、径偏光ビー ムの特徴を利用した、新たな z 偏光電場の形成方法を提案する。【解析と結果】図 1 に提案する手 法の模式図を示す。径偏光ビームの大きな特徴は、同位相状態で光軸に対して反対称に向いた電 界ベクトルを有することである。このような電界を、図 1 のような誘電体構造を利用して、その 表面で全反射させながら互いに干渉させることを考える。このとき、電界ベクトルは z 偏光の成 分が強め合いの干渉条件を満たし、局所的に強く z 偏光電場を形成できるものと考えることがで きる。実際に、3 次元 FDTD 法による解析空間において、頂角を 60°とする誘電体構造(理想的に は円錐であるが、解析空間の都合上、四角錐を利用)を設置し、NA=0.65(最大集光角 40.5°)の比較 的開口数の低い条件で径偏光ビームを入射した場合の電界強度分布を図 2(a)に示す。このとき、 NA=0.52~0.65(集光角 31.3°~40.5°)の条件で入射する光強度は、誘電体底面での全反射条件を満たす。 そのため多くの成分を反射しつつ、反射界面に局所的に電場が形成されていることがわかる。断 面強度分布を図 2(b)に示す。これより局所的に形成された電場のほとんどが z 偏光からなること がわかる。このとき、最大光強度は、誘電体構造を設置せずに NA=0.65 で集光した場合の最大光 強度に対して、10 倍以上であり、また NA=0.9 で径偏光ビームを集光した場合の z 偏光電場から なる最大光強度に対しても 3 倍程度の強度を有する。図 3 に一例として、このように形成した z 偏光電場に、微小な金(λ=500 nm における複素誘電率 ε=-1.88+i3.42 を利用) を設置した場合の電 界強度分布を示す。表面プラズモンモードによる電場増強が生じていることがわかる。この手法 の従来の高開口数で集光した場合との大きな違いは、光軸上における伝搬方向のポインチングエ ネルギーがゼロという性質によって生じていた、クローキング的な効果がなく、比較的大きな誘 電体構造と低い開口数のレンズを利用しつつ、z 偏光電場を外側からアクセスしやすい形で利用 できる可能性があるという点である。誘電体の大きさの効果など、より詳細は当日報告する。な お、本研究の一部は、光拠点および ACCEL、科研費の支援を受けた。【文献】1) K. Kitamura, et.al, Opt. |
| File Format | PDF HTM / HTML |
| Alternate Webpage(s) | https://confit.atlas.jp/guide/event-img/jsap2014a/19p-C1-9/public/pdf?type=in |
| Language | English |
| Access Restriction | Open |
| Content Type | Text |
| Resource Type | Article |
