基于表面等离子体直接测量纵向偏振光偏振态的方法与流程

本发明涉及一种光学测量技术，特别涉及一种基于表面等离子体直接测量纵向偏振光偏振态的方法。

背景技术：

光的偏振状态是光的重要属性之一，是在光的应用与研究过程中必须考虑的参数，因此测量光的偏振态尤为重要。对于常见的横向偏振光，也就是偏振方向与传播方向垂直的光，通过旋转偏振片可以很容易的确定光的偏振方向。但是对于纵向偏振光，也就是偏振方向与光的传播方向相同的光，偏振片的旋转对光的透射没有影响，因而无法检测偏振态。

目前对纵向偏振光偏振态测量有一些间接的方法：例如使用光刻胶测量光在垂直传播方向平面上的强度分布，使用二次谐波的强度分布，以及利用偶极子散射的方法，这种方法需要精确放置纳米颗粒并使用复杂的重构运算。但是所有这些方法测量的纵向偏振光都带有比纵向分量更强的横向偏振分量，而这些方法是通过对横向电场分布的测量来推断出纵向分量电场的分布。

技术实现要素：

本发明是针对现有技术无法测量纵向偏振光偏振态的问题，提出了一种基于表面等离子体直接测量纵向偏振光偏振态的方法，此方法简单易行，解决了目前无法直接测量纵向偏振光偏振态的难题。

本发明的技术方案为：一种基于表面等离子体直接测量纵向偏振光偏振态的方法，具体包括如下步骤：

1）制作探测基片，探测基片包括玻璃基片、附在玻璃基本上的与玻璃基片面积相同的200纳米厚的铬薄膜记录层，以及在记录层上的金属纳米颗粒；

2）在待测光束的光路上依次放置可调光功率衰减器和曝光快门，在光路的末端，也就是测量光偏振状态的位置放置探测基片，带测光垂直入射到记录层；

3）通过可调光功率衰减器调节光功率至符合测量要求的范围内；

4）调节曝光快门的曝光时间，待测光束经过可调光功率衰减器和曝光快门，然后垂直入射到探测基片上，进行一次曝光；

5）使用扫描电子显微镜对探测基片在曝光过程中被照射的区域进行观察，纪录此区域内记录层上金属纳米颗粒所处位置及其附近的表面形貌；

6）通过计算模拟，得到探测基片上记录层上金属纳米颗粒所处位置附近的电场分布图，然后将步骤5）中得到的表面形貌与模拟结果进行对比，确定待测光束的偏振状态。

所述记录层上的金属纳米颗粒的尺寸为被测光束波长的1/3左右。

本发明的有益效果在于：本发明基于表面等离子体直接测量纵向偏振光偏振态的方法，实现了对纵向偏振光的纵向偏振态的直接测量，这是目前其他偏振测量方法无法实现的；测量方法简单有效，容易实施。

附图说明

图1为本发明表面等离子体直接测量纵向偏振光偏振态装置结构示意图；

图2为本发明中探测基片的结构示意图；

图3为计算模拟得到的线偏振光激发下金属纳米颗粒附近的电场分布图；

图4为本发明使用本发明的方法，在线偏振光激发下，经曝光后，由扫描电子显微镜观测到的在金属纳米颗粒位置的记录层表面形貌图；

图5为计算模拟得到的纵向偏振光激发下金属纳米颗粒附近的电场分布图；

图6为本发明使用本发明的方法，在纵向偏振光激发下，经曝光后，由扫描电子显微镜观测到的在金属纳米颗粒位置的记录层表面形貌图。

具体实施方式

本发明方法基本是：金属纳米颗粒受到光激发时，其产生的表面等离子体的分布由激发光的偏振态决定。基于这个现象，设计了探测基片，通过观察曝光后探测基片记录层上的图案来判断激发光的偏振态。

如图1为本发明基于表面等离子体直接测量纵向偏振光偏振态装置结构示意图，待测光束经过可调光功率衰减器1和曝光快门2，然后垂直入射到探测基片3上。如图2所示探测基片的结构示意图，探测基片3包括底层玻璃基片31、在玻璃基片31上与玻璃基片31同大小面积的200纳米厚的铬薄膜形成的记录层32，以及在记录层32上的金属纳米颗粒33，探测基片3上金属纳米颗粒33的尺寸为被测光束波长的1/3左右或者更小，所述探测基片表面与待测光传播方向垂直，记录层32朝向待测光束。

可调光功率衰减器1用于调节光强；曝光快门2用于曝光操作，首先调节光功率衰减器1和曝光时间2，使曝光后探测基片3上的记录层产生清晰的图案，而没有因光功率过高或曝光时间过长而烧毁；然后进行一次曝光。曝光后使用扫描电子显微镜对探测基片3的记录层进行观察，纪录金属纳米颗粒33所处位置及其周围的记录层表面形貌。利用计算模拟的方法得到在不同偏振态的光激发下金属纳米颗粒附近的电场分布图。比较试验中得到的记录层表面形态图和计算模拟得到的电场分布图，从而确定待测光束在探测基片3位置的偏振状态。

在实施例中，首先使用了线偏振光，计算模拟得到的电场分布图如图3所示，图中金属颗粒所处位置41，记录层所处位置42。试验得到的记录层表面形貌入图4所示。可以看到图4中心的圆形为金属纳米颗粒所处的位置，其左右两侧的竖条纹与图3中记录层位置的两个强度最大值位置相吻合，证明被测光束的偏振状态为线偏振。然后此实施例使用了纵向偏振光，计算模拟得到的电场分布图如图5所示，图中金属颗粒所处位置51，记录层所处位置52。试验得到的记录层表面形貌入图6所示。可以看到图6只存在中心的圆形图案，其位置与图5中金属纳米颗粒正下方记录层位置的圆形强度最大值区域位置相吻合，证明被测光束的偏振状态为纵向偏振。此实例证明了本发明中提出的基于表面等离子体直接测量纵向偏振光偏振态的方法可行，有效。

本发明方法具体步骤如下：

（1）如图2所示的结构制作探测基片；

（2）在待测光束的光路上依次放置可调光功率衰减器和曝光快门，在光路的末端，也就是需要测量光偏振状态的位置放置探测基片；

（3）通过可调光功率衰减器调节光功率至符合测量要求的范围内；

（4）调节曝光快门的曝光时间，进行一次曝光；

（5）使用扫描电子显微镜对探测基片在曝光过程中被照射的区域进行观察，纪录此区域内记录层上金属纳米颗粒所处位置及其附近的表面形貌；

（6）通过计算模拟，得到探测基片上记录层上金属纳米颗粒所处位置附近的电场分布图，然后将所述过程（5）中得到的表面形貌与模拟结果进行对比，确定待测光束的偏振状态。