深圳大学袁小聪团队在表面等离激元任意动态复振幅光场调控的研究中取得了重要进展。该团队以单狭缝金属亚波长圆环为表面等离激元光场的激发源，成功地完成了表面等离激元光场振幅与相位分布的任意动态调控以及表面等离激元光场的宽谱激发，并系统地讨论了二维光场调控的先天限制，为二维光场调控提供了完整可靠的理论指导。

表面等离激元（SPPs）具有表面局域增强、超分辨等独特的光学特性，在超分辨成像、无标记传感、表面增强拉曼散射、数据存储、光镊技术等诸多方面有着重要的应用前景，是当前广受国内外学者重视的热点研究领域之一。SPPs光场振幅与相位分布的任意动态调控，是许多应用的前提与基础。而无法实现复杂的SPPs复振幅光场分布任意激发与动态调控依然是限制诸多应用的瓶颈。针对这一科学问题，袁小聪团队深入研究了二维平面内傅里叶变换算法，以光学4f系统为信息投射转换媒介，从理论、数值模拟以及近场实验上成功实现了金属表面上SPPs光场的任意且动态的激发。以二维傅里叶变换为基础将整个SPPs光场作为一个整体考虑，不仅成功完成了光场振幅分布的任意调控，同时实现了光场相位的精确调控。并在SPPs振幅相位分布精确调控的基础上，解决了基于传统纳米结构加载激发信息方法难以实现宽谱激发SPPs光场的难题。

图1 任意动态表面等离激元光场激发的实验原理示意图以及理论、数值模拟、近场扫描的实验结果

由于SPPs光场被限制在金属表面，无法在垂直于金属表面的方向上传播，因此相比较于自由空间中的光场天然地缺失一个维度。由于一个维度的缺失，三维退化为二维的SPPs光场无法像自由空间中的光场一样真正实现光场的任意调控，即有些光场分布无法真正存在于二维平面内。作者以二维平面内的波动方程出发，深入地讨论了SPPs光场在二维平面内调控的先天限制，明确了SPPs光场调控的基本原则。并以SPPs二维涡旋光场为例指出相位与振幅分布失配的SPPs光场无法在金属表面内激发与传播。该讨论从理论上明确了二维平面内场分布调控的基础原则与先天限制，不仅对SPPs光场调控具有指导性意义，也适用于其他被限制的二维场分布的调控，如表面倏逝场，表面声波场等。

图2 表面等离激元二维螺旋光场激发限制性讨论的计算结果

相关的研究成果以Toward broadband, dynamic structuring of a complex plasmonic field为标题发表在Science Advances [4(6): eaao0533, 2018]上。第一作者是深圳大学魏仕彪博士，共同通信作者为袁小聪教授与林佼教授，深圳大学纳米光子学研究中心为第一单位。该研究得到了国家自然学科基金、广东省科技厅和深圳市科创委等项目的资助。

论文链接：http://advances.sciencemag.org/content/4/6/eaao0533