准备开始前
补齐四个先修模块
电磁波、傅里叶光学、偏振、基础数值计算
能解释波矢、空间频率、衍射和 Jones 矢量。
画出平面波与倏逝波的波矢关系。
01MICRO / NANO PHOTONICS · 01
先学会判断尺度，
再决定怎样看光、
控光、用光。
本课程沿着“表征 → 调控 → 器件”推进。第一章的任务，是把微纳光子学拆成可以判断、可以测量、可以设计的物理问题。
结构尺度 aa / λ
传播场共振与耦合近场局域
FULL BOOK ROUTE
全书学习路线
每一阶段都要完成一个可检验的输出。读完章节不等于掌握；能够解释趋势、选择方法和建立因果链才算完成。
阶段 1第 1–2 周
从标量衍射走向矢量聚焦
第 1 章 + 第 2 章
建立全书地图，掌握高 NA 下标量近似失效的原因。
能从 NA 判断焦斑、焦深和偏振耦合趋势。
02阶段 2第 3–4 周
学会选择微纳表征方法
第 3 章 + 第 4 章
理解近场、共聚焦、干涉、椭偏和 STED 的信息来源。
面对膜厚、模式和三维形貌问题能选对仪器。
03阶段 3第 5–6 周
掌握亚波长场的两类调控机制
第 5 章 + 第 6 章
用等离激元实现局域增强，用矢量光场控制三维焦场。
能解释 SPP 相位匹配和径向偏振的纵向场。
04阶段 4第 7 周
从物理机制走向微纳器件
第 7 章
把接收、局域、辐射、手性和结构色联系到具体结构。
完成一个器件的结构—模式—功能因果链。
05整合第 8 周
完成跨章设计与总复习
七章知识闭环
从任务出发选择表征、场调控机制和器件结构。
独立完成期末综合题与一页器件设计说明。
06绪论
定位问题：微纳光子学研究什么尺度、表征、调控、前沿与器件地图
进入第一章 →高数值孔径物镜成像
计算问题：强聚焦场怎样分布德拜理论、矢量衍射、Richards–Wolf
进入第二章 →近场光学显微
观察问题：怎样取得高空间频率倏逝场、固体浸没、SNOM、无孔探针
进入第三章 →远场光学表征
测量问题：怎样非接触获得结构参数共聚焦、白光干涉、椭偏、STED
进入第四章 →等离激元光学
局域问题：怎样把光压到亚波长尺度SPP、LSP、相位匹配、近场增强
进入第五章 →光场的偏振态调控
调控问题：怎样设计三维矢量焦场Jones、Stokes、庞加莱球、矢量光束
进入第六章 →微纳光子器件
实现问题：怎样把场调控变成功能光学天线、手性检测、结构色
进入第七章 →CHAPTER 01 · PDF 第 12–28 页
绪论：微纳光子学改变的不是尺寸，而是描述光的方式
当结构尺寸与波长可比，傍轴、标量、均匀介质和纯远场等近似会逐步失效。我们必须同时追踪空间频率、倏逝分量、材料共振、偏振纹理和界面边界条件。
进入第一章完整互动课程 →
A
第一把尺子
“微纳”是结构尺度与波长的相对关系
一个 500 nm 的结构，对可见光可能是强散射或共振单元；对厘米波却近似为一个点。判断问题时，先看无量纲比值 a/λ，再决定使用几何光学、波动光学还是完整矢量电磁理论。
尺度参数ρ = a / λ
ρ ≫ 1：几何光学更合适；ρ ≈ 1：衍射和共振显著；ρ ≪ 1：近场、偶极与有效介质描述更重要。
互动实验 01
尺度判别器
改变波长和结构尺寸，观察合适的物理描述如何切换。
a/λ0.284
波动与共振区
优先模型：衍射、干涉与完整电磁求解
B
三种限制
把光与物质的作用集中到微纳尺度
教材用三条路径定义微纳光子学的工作方式。它们分别限制光、物质和过程，实际器件常把三者叠加。
PATH 01
辐射的微纳限制
用纳米孔、金属尖端、微腔、波导或等离激元把电磁能量压缩到小于波长的区域。
典型载体SNOM 探针、表面等离激元、光学微腔
传播光→界面/共振→局域场
C
表征路线
先问“要测什么”，再选择仪器
微纳表征并不存在万能设备。形貌、尺寸、成分、折射率、光学模式和内部电场属于不同信息层，需要不同的信号形成机制。
- 显微法回答“在哪里、长什么样”。
- 衍射法回答“原子或周期结构怎样排列”。
- 谱学法回答“由什么组成、能级和振动怎样”。
- 组合表征把同一位置的形貌、成分和光学响应关联起来。
推荐组合
椭偏术 + 微椭偏术 + 白光干涉
- 为什么
- 反射偏振变化和光程差对膜厚、折射率非常敏感。
- 要注意
- 结果依赖光学模型，膜层粗糙度和多层耦合需要共同拟合。
D
光场调控
从单一偏振，走向振幅、相位、偏振与时间的联合设计
A(x,y)、φ(x,y)、偏振(x,y)
控制光束横截面的振幅、相位和偏振纹理，生成涡旋光、矢量光束和复杂焦场。
A(t)、φ(t)、ω(t)
利用脉冲整形控制持续时间、啁啾和瞬时频率，决定超快过程的时间结构。
E(x,y,t) 不可分离
空间和时间自由度发生耦合，可产生横向轨道角动量、时空涡旋和复杂光学奇点。
结构化光场E(x,y,t) = A · exp(iφ) · ê
振幅 A、相位 φ 与偏振单位矢量 ê 都可以成为设计变量。
E
领域与器件
第一章给出两张地图：研究前沿与工程载体
微波光子学
用光子技术产生、传输和处理高频微波，突破电子带宽、损耗和抗干扰限制。
生物光子学
用显微、光谱和光操纵获取生命过程的空间、时间与分子信息。
二维材料纳米光子学
利用原子级厚度、强光物质作用和可调电子结构构造新型光电功能。
拓扑光子学
把能带拓扑引入光子系统，研究对缺陷和扰动更稳健的边界态与传输。
光学超构表面
亚波长单元阵列控制振幅、相位与偏振。
片上集成光学
把耦合、分束、转换与计算压缩到芯片。
人工智能超材料
让可编程结构同时承担感知、计算和调控。
光学微腔
用高 Q、小模体积增强选择性与相互作用。
CHAPTER SYNTHESIS
把第一章压缩成一条设计链
任务→尺度 a/λ→需要的信息→表征方法→调控自由度→结构与器件
以后每学一个新概念，都把它放回这条链：它提供了什么信息？控制了哪个自由度？靠什么结构实现？付出了什么损耗、带宽或制造代价？
SELF CHECK · 6 QUESTIONS
第一章自测
自测关注判断逻辑，不考孤立名词。全部作答后提交。
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