文 献 综 述

摩尔在1965年提出摩尔定律，摩尔定律指出集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。据推算，到2020年，随着晶体管电路逐渐接近性能极限，这一法则将会走到尽头。相对于电子，光子作为信息的载体具有更大的优越性。然而，由于光的衍射极限的限制，通常光子元器件的尺寸远大于电子器件，从而带来集成的困难。为了突破光的衍射极限，提高器件集成度，则需要探索新的未知领域，研究新材料、新器件。

近若干年来，人工微结构材料及经典波的传播吸引了人们极大的研究兴趣。这些材料包括光学超晶格、压电超晶格、光子晶体、声子晶体、超材料、超表面、负折射晶体等等。在等离激元光子学领域，对光学的研究将深入到亚波长和纳米尺度，探究研究纳米光子器件来解决器件尺寸问题。

等离激元学的研究基于金属（光频）和半导体（太赫兹）材料，利用金属的Drude模型和Maxwell方程，在时谐场下研究金属表面等离极化激元（SPP）的特性以及其激发，如单界面的表面等离极化激元、多层结构的表面等离极化激元、亚波长微结构表面的伪表面等离激元、金属纳米颗粒的局域等离激元共振等。在此基础上，揭示一系列有趣的光学效应，如亚波长小孔阵列的异常光学透射效应、超材料的负折射效应等等。而本次毕业设计的主题是自由调控的线偏振及其试验验证属于异常光学透射效应范畴，目的是要利用等离激元材料实现光的任意方向偏振。

偏振是指振动方向对于传播方向的不对称性，它是横波区别于其他纵波的一个最明显的标志。自然光透过偏振片，其透射光基本上变为偏振光，偏振片既可以作为光的起偏器，又可以作为光的检偏器，它能吸收某一振动方向的光而吸收与之垂直方向的光。Malus定律定量描述了线偏振光经过偏振片以后光强的关系：放入射到检偏器的线偏振光光强度为,经过检偏器后的出射强度为，如果入射偏振光的振动方向与出射偏振光的偏正振方向夹角为，则有，因此，当=0，π，即入射光和出射光的振动方向平行时，出射光强度，光强不变，而当=，即入射和出射光线偏振方向垂直时，出射光强度，即出射光消光。 偏振光分为四种：（1）线偏振光#8212;#8212;在光的传播过程中，只包含一种振动，其振动方向始终保持在光的偏振同一平面内，这种光称为线偏振光（或平面偏振光)。（2）部分偏振光#8212;#8212;光波包含一切可能方向的横振动，但不同方向上的振幅不等，在两个互相垂直的方向上振幅具有最大值和最小值，这种光称为部分偏振光。自然光和部分偏振光实际上是由许多振动方向不同的线偏振光组成。（3）椭圆偏振光#8212;#8212;在光的传播过程中，空间每个点的电矢量均以光线为轴作旋转运动，且电矢量端点描出一个椭圆轨迹，这种光称为椭圆偏振光。迎着光线方向看，凡电矢量顺时针旋转的称右旋椭圆偏振光，凡逆时针旋转的称左旋椭圆偏振光。椭圆偏振光中的旋转电矢量是由两个频率相同、振动方向互相垂直、有固定相位差的电矢量振动合成的结果。（4）圆偏振光#8212;#8212;旋转电矢量端点描出圆轨迹的光称圆偏振光，是椭圆偏振光的特殊情形。在我们的观察时间段中平均后，圆偏振光看上去是与自然光一样的。但是圆偏振光的偏振方向是按一定规律变化的，而自然光的偏振方向变化是随机的，没有规律的。从自然光产生偏振光的方式分为两大类：（1）利用传统方式产生偏振光，具体又分为四种，分别是利用反射与折射、利用二向色性、利用晶体双折射和利用散射。（2）利用等离激元材料产生偏振光，例如光通过金属膜表面亚波长小孔阵列即可产生偏振光。

产生偏振光以后，对于偏振模式的转换的方式大体上也分为两种：（1）利用传统方式实现偏振模式的转换，主要是通过玻片及其组合，用线偏振光通过不同的波片后，可以产生线偏振光，椭圆偏振光和圆偏振光，当线偏振光垂直入射到一块1/2波片上，会产生线偏振光，当线偏振光垂直入射到一块任意的波片上，会产生椭圆偏振光，当线偏振光垂直入射到一块1/4波片上，且线偏振光的偏振化方向与波片的光轴呈45度角，会产生圆偏振光。（2）利用等离激元材料实现偏振模式的转换，使用的等离激元材料可以有三维超材料，二维超表面（粒子），二维穿孔薄膜等。最近，人工构造的等离子体激元材料，如由小颗粒组成的超材料和穿有亚波长孔的金属薄膜为控制偏振提供了新的候选。与通常同时受制造困难和高材料损失的元素材料相比，穿孔金属膜特别在光学方面变得有吸引力。已经表明，用细长的椭圆形或矩形孔研磨的金属膜可以表现为具有增强的光透射的线性偏振器。此外，孔的特殊设计穿孔金属薄膜也可以作为等离子体波片。例如，通过使用L形纳米孔，线性到椭圆或圆极化转换可以实现。多孔等离子体半波片也可以实现90度的偏振转换。然而，由于强大的色散，这种效应只能在特定频率或窄带宽下工作。最近，肖等人从理论上试图用一对非正交等离子体偏振器来旋转线偏振。 然而，报道的工作带宽很窄（#12316;1％）。他们的结果也表明当两个偏振器正交时，光无法产生有效的透射。

Huang等人最近采用两个正交的等离激元偏振片，利用近场耦合效应同步实现了增强透射和偏振方向的偏转。他们采用的是如下图1.a-c的结构。

图1