メタサーフェス構造による負屈折物質中における波束伝搬の実験的観測

使用超表面结构波包在负折射材料中传播的实验观察

• 批准号: 20J21825
• 负责人: 伊知地 直樹
• 金额: $ 1.98万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J21825/
• 关键词: Surface Plasmon; ultrafast; structured light; spin angular momentum; Metamaterial; Ultrafast

本研究では、金属平面における自由電子の集団的な振動運動: Surface Plasmon Polariton (SPP)波束の伝搬現象の理解及びコントロールを目的とし、数値計算、電磁界シミュレーション、超短パルスレーザーを用いた実空間観測実験を行った。2020-21年度には金属平面上に作成したナノスケール共振器構造にSPP波束を入射させる際に生じる光学的共鳴現象をフェムト秒(10^-15 s)スケールで時間分解観察し、共振器構造の構造に依存した反射率/透過率の変化や透過波束における異常遅延現象を観測した。観測された異常遅延現象は理論モデルによる計算および電磁界シミュレーションによる検証により、金属表面上におけるSPPが有する周波数分散に起因して生じる、波束中の空間的な周波数分布と共振器の持つ離散的な共鳴モードの相互作用によるものであると結論付けた。2022年度には、SPPを励起する入射光において波束を構成する周波数ごとに個別の位相シフトを付加することで設計した空間分布、伝搬特性を有するSPP波束、Space-Time (ST) SPP波束の励起及び観測実験を行った。これまで理論計算においてのみ予測され励起手法が未検討だったST-SPP波束は、自由空間中でSPPの分散に合わせた補正を与えた励起用ST波束を金属平面上のナノスケール単スリット構造に照射することで励起しうることを電磁界シミュレーションによって示した。得られた結果をもとに新規に実験系を構築し、設計した無回折特性および空間分布を有するSPP波束の励起及び伝搬現象の観測に成功した。加えてST-SPP波束における三次元的な電磁場分布よりスピン角運動量の導出を行い、今回励起及び観測したST-SPP波束には三次元的なスピンテクスチャが付随して伝搬することを示した。

This study focuses on the vibrational motion of free electrons in a metal plane: Surface Plasmon Polariton (SPP) Understanding of the beam movement phenomenon and its purpose, numerical value calculation, and electrical Magnetic world シミュレーション, ultra-short パルスレーザーを use いた実space to measure 実験を行った. In 2020-21, the structure of the resonator made on the metal plane and the SPP beam incident on the metal plane are produced and the optical resonance phenomenon is achieved (10^-15 seconds). s) Dependence of time decomposition and resonator structure, change of reflectivity/transmittance, measurement of abnormal propagation phenomenon of transmitted beam. Observation of abnormal propagation phenomenon and theory of electromagnetic field and calculation of electromagnetic fieldにおけるSPP on the metal surface The cause of wave number dispersion, the frequency distribution of the frequency in the space in the beam, and the holding of the resonator, the discrete resonance and interaction, and the conclusion of the interaction. In 2022, SPP is activated and the incident light beam is formed and the number of cycles is determined and the individual phase is determined.フトを加することでDesignしたSpatial distribution、伝Movement characteristicsを有するSPP beam、Space-Time (ST) SPP beam activation and detection.これまでTheoretical calculation においてのみ Prediction されActivation technique が无検 Discussion だったST-SPP beam は、SPP のdispersion in free space に合わせたCorrection を and えたThe ST beam is used to stimulate the irradiation of the metal surface on the metal surface with the structureることで起しうることをElectromagnetic world シミュレーションによって Show した. The result was that the new regulation system was constructed, the design was non-reflection characteristics, and the spatial distribution of the SPP beam was excited and the movement phenomenon was successfully measured. The electromagnetic field distribution of the three-dimensional electromagnetic field distribution of the ST-SPP beam and the amount of angular motion are derived and performed, and the force is generated And the なスピンテクスチャがpays with the して伝动することをshows した in the third dimension of the ST-SPP beam.

项目成果

university of central florida, CREOL(米国)

中央佛罗里达大学，CREOL（美国）

Excitation and observation of the striped space-time surface plasmon polaritons

条纹时空表面等离子体激元的激发与观察

• 发表时间: 2022
• 作者: Naoki Ichiji;Hibiki Kikuchi;Murat Yessenov;Kenneth L. Schepler;Ayman F. Abouraddy;Atushi Kubo
• 通讯作者: Atushi Kubo

Femtosecond imaging of spatial deformation of surface plasmon polariton wave packet during resonant interaction with nanocavity

与纳米腔共振相互作用过程中表面等离子体激元波包空间变形的飞秒成像

• DOI: 10.1515/nanoph-2021-0740
• 发表时间: 2022
• 期刊: Nanophotonics
• 影响因子: 7.5
• 作者: Ichiji Naoki;Otake Yuka;Kubo Atsushi
• 通讯作者: Kubo Atsushi

Observation of Ultrabroadband Striped Space-Time Surface Plasmon Polaritons

• DOI: 10.1021/acsphotonics.2c00296
• 发表时间: 2022-02
• 期刊: ACS Photonics
• 影响因子: 7
• 作者: Naoki Ichiji;Hibiki Kikuchi;M. Yessenov;K. Schepler;A. Abouraddy;A. Kubo

Propagation analysis of space-time surface plasmon polariton wave packet excited by light irradiation on nanobeam structure

光照射激发的时空表面等离子体激元波包在纳米梁结构上的传播分析

• DOI: 10.1117/12.2607690
• 发表时间: 2022
• 期刊: Proceedings of SPIE
• 作者: Ichiji Naoki;Yessenov Murat;Schepler Kenneth L.;Abouraddy Ayman F.;Kubo Atsushi
• 通讯作者: Kubo Atsushi