目錄
前言
物理量名稱及符號表
第1章 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 微納表征技術(shù)概述 2
1.3 光場調(diào)控技術(shù)概述 4
1.4 微納光子學(xué)前沿領(lǐng)域概述 5
1.4.1 微波光子學(xué) 5
1.4.2 生物光子學(xué) 6
1.4.3 二維材料納米光子學(xué) 8
1.4.4 拓撲光子學(xué) 10
1.5 微納結(jié)構(gòu)光子器件簡介 11
1.5.1 光學(xué)超構(gòu)表面 11
1.5.2 片上集成光學(xué)器件 13
1.5.3 人工智能超材料 14
1.5.4 光學(xué)微腔 14
1.6 本書內(nèi)容概述 16
參考文獻 17
第2章 高數(shù)值孔徑物鏡成像 23
2.1 背景介紹 23
2.2 衍射理論 25
2.2.1 惠更斯–菲涅耳原理 25
2.2.2 傍軸近似 27
2.2.3 圓孔的菲涅耳衍射 29
2.3 透鏡的衍射 32
2.3.1 單透鏡的透射率 33
2.3.2 圓形透鏡的衍射 35
2.4 高數(shù)值孔徑物鏡成像 40
2.4.1 描述物鏡的基本參數(shù) 41
2.4.2 高數(shù)值孔徑物鏡的影響 42
2.5 德拜理論 45
2.5.1 德拜近似 45
2.5.2 圓形透鏡的德拜積分 46
2.5.3 傍軸近似 48
2.6 切趾函數(shù) 49
2.6.1 正弦條件 50
2.6.2 赫歇爾條件 52
2.6.3 均勻投影條件 53
2.6.4 亥姆霍茲條件 53
2.7 矢量德拜理論 54
2.7.1 線偏振光經(jīng)物鏡折射后的矢量特性 54
2.7.2 矢量德拜積分 56
2.8 理查德–沃爾夫矢量衍射理論 58
2.8.1 理查德–沃爾夫矢量衍射公式 59
2.8.2 瞳切趾函數(shù) 62
2.8.3 應(yīng)用舉例 63
2.9 總結(jié)與展望 68
習(xí)題 69
參考文獻 70
第3章 近場光學(xué)顯微 71
3.1 近場光學(xué)成像概述 71
3.1.1 經(jīng)典成像：阿貝成像原理 71
3.1.2 近場光學(xué)成像的原理 73
3.1.3 近場光學(xué)成像的發(fā)展歷程 74
3.2 固體浸沒顯微術(shù) 76
3.2.1 固體浸沒透鏡 77
3.2.2 數(shù)值孔徑增加透鏡 79
3.2.3 微加工固體浸沒透鏡 82
3.2.4 固體浸沒式橢偏儀 83
3.3 表面等離激元顯微術(shù) 88
3.3.1 表面等離激元概述 88
3.3.2 表面等離激元顯微鏡：棱鏡結(jié)構(gòu) 89
3.3.3 表面等離激元顯微鏡：液浸式 90
3.4 近場掃描光學(xué)顯微術(shù)的工作原理 92
3.4.1 近場掃描光學(xué)顯微術(shù)的基本原理 93
3.4.2 近場掃描光學(xué)顯微鏡的實物圖 93
3.4.3 近場掃描光學(xué)顯微鏡的主要功能模塊 94
3.4.4 近場掃描光學(xué)顯微鏡的探針 94
3.4.5 近場掃描光學(xué)顯微鏡的工作方案 95
3.4.6 探針尖端與樣品之間的距離控制 96
3.4.7 近場掃描光學(xué)顯微鏡的基本操作模式 99
3.5 近場掃描光學(xué)顯微術(shù)的應(yīng)用 99
3.5.1 形貌測量 100
3.5.2 波導(dǎo)表征：模式的直接成像 100
3.5.3 波導(dǎo)表征：折射率變化的測量 102
3.5.4 測量近場光譜 103
3.5.5 測量量子點的近場光致發(fā)光 104
3.5.6 測量液晶液滴的形貌圖像 105
3.5.7 激發(fā)和檢測等離激元波導(dǎo)中的能量傳輸 107
3.5.8 光的矢量場顯微成像 110
3.6 無孔近場掃描光學(xué)顯微術(shù) 111
3.6.1 無孔近場掃描光學(xué)顯微術(shù)的原理 111
3.6.2 掃描干涉無孔顯微術(shù) 112
3.6.3 掃描等離激元近場顯微術(shù) 113
3.6.4 掃描近場橢偏顯微術(shù) 116
3.6.5 柱矢量光場：近場掃描光學(xué)顯微鏡的虛擬探針 117
3.6.6 徑向偏振模式的無孔近場掃描光學(xué)顯微術(shù) 119
3.7 總結(jié)與展望 119
習(xí)題 121
參考文獻 122
第4章 遠場光學(xué)表征技術(shù) 124
4.1 遠場光學(xué)表征技術(shù)概述 124
4.2 共聚焦顯微術(shù) 125
4.2.1 共聚焦顯微術(shù)的發(fā)展歷程 125
4.2.2 共聚焦顯微術(shù)的工作原理 125
4.2.3 共聚焦顯微鏡的系統(tǒng)組成 128
4.2.4 共聚焦顯微術(shù)的典型應(yīng)用 128
4.3 白光干涉術(shù) 132
4.3.1 白光干涉術(shù)的發(fā)展歷程 132
4.3.2 白光干涉術(shù)的工作原理 133
4.3.3 白光干涉儀的系統(tǒng)組成 137
4.3.4 白光干涉術(shù)的典型應(yīng)用 139
4.4 橢偏測量術(shù) 142
4.4.1 橢偏測量術(shù)的發(fā)展歷程 142
4.4.2 橢偏測量術(shù)的工作原理 143
4.4.3 橢偏儀的分類 145
4.4.4 橢偏測量術(shù)的典型應(yīng)用 149
4.5 受激發(fā)射損耗顯微術(shù) 153
4.5.1 受激發(fā)射損耗顯微術(shù)的基本原理 153
4.5.2 受激發(fā)射損耗顯微術(shù)的關(guān)鍵問題 155
4.5.3 受激發(fā)射損耗顯微鏡的系統(tǒng)組成 158
4.5.4 受激發(fā)射損耗顯微術(shù)的典型應(yīng)用 159
4.6 總結(jié)與展望 164
習(xí)題 165
參考文獻 166
第5章 等離激元光學(xué) 169
5.1 背景介紹 169
5.2 金屬/絕緣體界面的表面等離極化激元 169
5.2.1 波動方程 169
5.2.2 單一界面的表面等離極化激元 171
5.2.3 多層體系 174
5.3 平坦界面上表面等離極化激元的激發(fā) 177
5.3.1 棱鏡耦合 177
5.3.2 光柵耦合 178
5.3.3 緊聚焦光束激發(fā) 180
5.3.4 近場激發(fā) 180
5.4 表面等離極化激元的傳播成像 181
5.4.1 近場光學(xué)顯微術(shù) 181
5.4.2 熒光成像 181
5.4.3 泄漏輻射成像 183
5.5 局域表面等離激元 183
5.5.1 亞波長金屬顆粒的標準模式 184
5.5.2 局域表面等離激元的觀測 186
5.5.3 局域表面等離激元的耦合 187
5.6 等離激元光學(xué)的應(yīng)用 188
5.6.1 表面等離激元波導(dǎo) 188
5.6.2 孔徑的輻射傳輸 193
5.6.3 表面增強拉曼散射 195
5.6.4 光譜學(xué)與傳感 201
5.6.5 成像與光刻 205
5.7 總結(jié)與展望 208
習(xí)題 208
參考文獻 208
第6章 光場的偏振態(tài)調(diào)控 212
6.1 背景介紹 212
6.2 光場的偏振態(tài)表述 212
6.2.1 偏振橢圓 213
6.2.2 瓊斯矢量 214
6.2.3 斯托克斯參量 215
6.2.4 龐加萊球 217
6.3 矢量光場 218
6.3.1 柱矢量光場 219
6.3.2 線偏振矢量光場 222
6.3.3 雜化偏振矢量光場 224
6.3.4 龐加萊光束 225
6.3.5 復(fù)雜矢量光場 226
6.4 矢量光場的生成技術(shù) 228
6.4.1 主動生成技術(shù) 228
6.4.2 被動生成技術(shù) 231
6.5 矢量光場的緊聚焦特性 237
6.5.1 柱矢量光場的緊聚焦場 237
6.5.2 縱向電場的特征 239
6.5.3 縱向電場的解釋 240
6.5.4 縱向電場的探測 242
6.5.5 焦場工程 245
6.6 矢量光場的應(yīng)用 255
6.6.1 光學(xué)微加工 255
6.6.2 光學(xué)捕獲與微操縱 258
6.6.3 顯微成像 263
6.6.4 非線性光學(xué) 266
6.6.5 等離激元光學(xué) 269
6.7 總結(jié)與展望 269
習(xí)題 270
參考文獻 271
第7章 微納光子器件 276
7.1 光學(xué)天線 276
7.1.1 光學(xué)天線的發(fā)展歷史 276
7.1.2 光學(xué)天線的物理特性 278
7.1.3 光學(xué)天線的應(yīng)用 280
7.2 增強局域光場的微納光子器件 284
7.2.1 牛眼式接收型光學(xué)天線 284
7.2.2 阿基米德螺旋線式接收型光學(xué)天線 288
7.3 調(diào)控納米發(fā)光體輻射場的微納光子器件 291
7.3.1 八木發(fā)射型光學(xué)天線 292
7.3.2 牛眼式發(fā)射型光學(xué)天線 294
7.3.3 阿基米德螺旋線式發(fā)射型光學(xué)天線 298
7.4 檢測手性物質(zhì)的微納光子器件 305
7.4.1 等離子體耦合圓二色性 306
7.4.2 基于超手性近場的圓二色性增強 308
7.5 生成結(jié)構(gòu)色的微納光子器件 315
7.5.1 基于薄膜干涉的結(jié)構(gòu)色器件 315
7.5.2 基于表面等離極化激元的結(jié)構(gòu)色器件 317
7.5.3 結(jié)構(gòu)色的動態(tài)調(diào)控 317
7.6 總結(jié)與展望 320
習(xí)題 321
參考文獻 322
漢英對照術(shù)語表 329