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再说说亚波长上的物理

已有 7021 次阅读 2009-8-24 17:22 |个人分类:学海无涯|系统分类:科研笔记| 亚波长, 等离子体激元, 近场光学, 纳米光学


下面写的这些应该是很多人熟知的了。但是因为有读者问起,就再简单说说。

 

我们知道,物理学研究的对象是可观测量。而观测的方式,一是被动的:看物质本身因为内部起伏或者外部扰动而激发出来的波或粒子;二是主动的:用波或粒子去“打”所要观测的物质,看被激发出来的“响应”(当然也是波或者粒子)。粒子也可以用波的图像来描述。所以观测的分辨率就受到波长的限制。比如我们用一束波或者一束粒子去探测,其最小的动量“单元”h/l,所以动量的误差再怎么精确,也不会小于h/ l,即Dph/ l。这里hPlanck常数,l是波长。根据Heisenberg’s Uncertainty PrincipleDxDp要大于或等于h/2。所以测量的“分辨率”Dx不会小于h/2Dpl/2。光学分辨率里Abbe极限就是这样一个例子。

 

但是,近年来借助于“表面等离子体激元极化”过程(SPPSurface Plasmon Polarization)发展起来的亚波长光学在突破这一分辨率极限方面取得了引人注目的进展(可参看2003年发表的一篇review文章:Barnes, Dereux & Ebbesen, Surface plasmon subwavelength optics, Nature 424 (2003), 824-830)。其基本物理过程是:如果光学仪器是等离子体态(比如金属的),入射波的电矢量会在其表面激发“近场”的等离子体表面波,从而使得入射波可以“通过”小于光学衍射极限的狭缝。除此之外,近场光的SPP增强和Raman增强也有着广泛的应用。甚至有人提出,继给上世纪带来革命性变化的电子学(Electronics)之后,本世纪会兴起一门“等离子学”Plasmonics)的具有广泛应用前景的新学科。以其命名的学术刊物《Plasmonics》(网址在:http://www.springerlink.com/content/119973/)也在2006年问世。

 

这仅仅还是亚波长尺度上的物理研究的开始,我们应该可以期待这一领域里更有意思、更有前景的理论进展和实际应用。

 



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