Optical magnetic field mapping using a subwavelength aperture

대부분 광학적 현상의 측정은 빛의 전기장 성분에 대한 검출기의 반응에 의존한다. 간단한 경우에는 빛의 전기장에 대한 정보로부터 빛의 자기장 성분에 대한 정보를 유도할 수 있다. 하지만 전기장-자기장의 관계는 실제로는 간단하지 않고 특히 메타물질의 경우에는 자기장 성분에 대한 정보를 얻는 것이 매우 중요하다. 그러나 빛의 자기장 성분을 직접적으로 측정하는 것은 검출기의 자기장에 대한 반응도가 매우 작기 때문에 많은 제한이 있다.
본 연구에서 김대식 교수 연구팀은 근접장 광학 현미경의 탐침 끝에 파장의 크기보다 작은 구멍을 제작하여 빛의 자기장 벡터의 매핑에 성공하였다. Bethe-Bouwkamp 이론에 따르면, 얇은 금속 박막에 위치한 매우 작은 원형 구멍은 입사하는 빛의 자기장 성분을 전기장 성분보다 잘 검출한다. 특히, 검출기가 금속 박막 평면에 수직한 방향에 위치한 경우에는 금속 박막과 평행한 성분의 자기장만을 선택적으로 검출할 수 있다. 이와 유사한 구조를 탐침 끝에 제작하면 자기장의 수평 성분을 매핑할 수 있다. 이 탐침을 이용하여 far-field 영역(radially- and azimuthally-polarized focused beams)과 near-field 영역(surface plasmon polaritons)에서 수평 방향의 자기장 성분을 선택적으로 매핑할 수 있음을 확인하였다. 본 연구 결과는 나노미터 단위의 분해능으로 빛의 전기장, 자기장 매핑을 가능하게 했으며 앞으로 메타물질 등의 특성 측정에 활용될 것으로 보인다.