[论文解读] Magnetic Control of Transmission and Helicity of Nano-Structured Optical Beams in Magnetoplasmonic Vortex Lenses

Nicolò Maccaferri, Yuri Gorodetski+4 more|arXiv (Cornell University)|Sep 7, 2017

Orbital Angular Momentum in Optics参考文献 35被引用 6

一句话总结

本文提出了一种磁等离子体涡旋透镜，可实现对具有轨道角动量的纳米结构光束的传输和手性特性的主动、磁场可调谐控制。通过将磁性等离子体探针与金螺旋狭缝结合，该系统利用磁光效应实现了光偏振态和远场准直的动态调制，展示了可重构等离子体涡旋生成的可调平台。

ABSTRACT

We theoretically investigate the generation of far-field propagating optical beams with a desired orbital angular momentum by using an archetypical magnetoplasmonic tip surrounded by a gold spiral slit. The use of a magnetic material can lead to important implications once magneto-optical activity is activated through the application of an external magnetic field. The physical model and the numerical study presented here introduce the concept of magnetically tunable plasmonic vortex lens, namely a magnetoplasmonic vortex lens, which ensures a tunable selectivity in the polarization state of the generated nanostructured beam. The presented system provides a promising platform for a localized excitation of plasmonic vortices followed by their beaming in the far-field with an active modulation of both light's transmittance and helicity.

研究动机与目标

• 开发一种可调谐的等离子体涡旋透镜，实现对光学束偏振态和轨道角动量的动态控制。
• 探索磁光活性在调制等离子体系统中纳米结构光束的透射率和手性的作用。
• 展示一种具有远场准直能力的等离子体涡旋局域激发机制。
• 建立一种在纳米尺度上实现光自旋和轨道角动量主动、磁场控制操纵的平台。

提出的方法

• 该系统采用由磁性材料（例如石榴石）构成的磁等离子体探针，周围环绕金螺旋狭缝结构。
• 理论建模采用有限元方法模拟，分析外加磁场下的电磁响应。
• 通过外部磁场激活磁光活性，使等离子体系统产生非互易响应。
• 金狭缝的螺旋几何结构可选择性激发具有所需轨道角动量的光学束。
• 分析系统透射率和手性随外加磁场方向和强度的变化。
• 理论分析聚焦于远场辐射图案和出射光束的偏振态。

实验结果

研究问题

• RQ1 磁等离子体涡旋透镜能否实现对光学束透射率的主动、磁场可调谐控制？
• RQ2 外加磁场的施加如何影响生成的等离子体涡旋光束的手性？
• RQ3 通过磁场构型，发射光束的轨道角动量态可实现多大程度的控制？
• RQ4 螺旋狭缝几何结构在塑造远场辐射和光束偏振中的作用是什么？
• RQ5 该系统能否实现对等离子体涡旋的选择性激发，并具备可重构的偏振态？

主要发现

• 该系统展示了磁场可调谐的光学束透射率，外加磁场可引起光强和偏振态的可测量变化。
• 通过反转外加磁场方向，可主动调制出射光束的手性，从而实现对光束自旋角动量的动态控制。
• 远场辐射图案显示为高度准直的光束，且具有清晰的涡旋相位结构，证实了轨道角动量的生成。
• 理论模拟证实，螺旋金狭缝结构能有效耦合到磁等离子体模式，实现定向远场辐射。
• 磁性探针中的磁光活性导致非互易透射，实现光的偏振选择性路由。
• 通过外部磁场控制，系统在输出光束的振幅和偏振态方面实现了高度可调性。