二维微棱镜形成光子纳米射流

摘要 使用 COMSOL Multiphysics 软件包中实施的有限元法，对用三角介质棱镜聚焦激光辐射进行了数值研究。研究表明，二维三角棱镜可以将自由空间中的光聚焦成小于标量衍射极限的光斑。例如，一个底宽 60 μm、高 28.5 μm 的石英玻璃棱镜在波长为 4 μm 的光照射下产生了一个光子纳米射流，其最大强度超过入射辐射强度的 6 倍，半最大全宽为聚焦辐射波长的 0.38。可以通过选择棱镜的高度来减小焦斑尺寸，从而使最大强度位于棱镜内部。特别是高度为 21 微米、底宽为 60 微米的钛酸钡棱镜，在其顶点正后方形成的焦斑的半最大宽度等于聚焦辐射波长的 0.25。研究表明，与微圆柱相比，使用棱镜会减弱焦斑宽度与波长的关系。特别是，对于直径为 60 μm 的石英玻璃微圆柱，波长从 3 μm 变为 5 μm 会导致焦斑宽度变化为聚焦辐射波长的 0.09，而对于棱镜，平均变化为聚焦辐射波长的 0.05。