The comprehensive capture of near-field spatiotemporal information of surface plasmon polaritons (SPPs) is a prerequisite for revealing their physical nature. In this study, we first performed an independent, spatiotemporal imaging of the out-of-plane and in-plane components of SPP near-fields in a femtosecond light-excited trench using an obliquely incident time-resolved photoemission electron microscopy (TR-PEEM). We did the capture by imaging of the interference patterns induced by a superposition of the p- or s-polarized probe light, with the out-plane or in-plane components of SPP near-fields, under the noncollinear excitation mode. The method may be used to reconstruct a 3D SPP spatiotemporal field. Moreover, we demonstrated that the fringe shift of the interference patterns between the captured in-plane and out-of-plane components of the SPP field in PEEM images corresponds to the 1/4 fringe period, which is attributed to π/2 out of phase of the out-of-plane and in-plane near-field components of SPP. The resulting TR-PEEM images are supported by a classical wave mode and FDTD simulations. Essentially, the measured π/2 phase difference between the in-plane and out-of-plane components of the SPP indicated a rotating field component in the propagation plane, i.e., that the SPP exhibits an elliptically polarized electric field in the propagation plane. The experimental results presented herein provide direct evidence of SPP having the inherent attributes of transverse spin angular momentum.

中文翻译：

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通过平面内和平面外电场分量的独立时空成像揭示表面等离子体极化子的横向自旋角动量

全面捕获表面等离子体激元（SPP）的近场时空信息是揭示其物理性质的先决条件。在这项研究中，我们首先使用斜入射时间分辨光电电子显微镜 (TR-PEEM) 对飞秒光激发沟槽中 SPP 近场的面外和面内分量进行了独立的时空成像）。在非共线激发模式下，我们通过对由 p 或 s 偏振探测光与 SPP 近场的面外或面内分量的叠加引起的干涉图案进行成像来进行捕获。该方法可用于重建3D SPP时空场。而且，我们证明了 PEEM 图像中捕获的 SPP 场的面内和面外分量之间的干涉图案的条纹位移对应于 1/4 条纹周期，这归因于 π/2 异相SPP 的面外和面内近场分量。得到的 TR-PEEM 图像得到了经典波模式和 FDTD 模拟的支持。本质上，SPP 平面内和平面外分量之间测得的 π/2 相位差表明传播平面中存在旋转场分量，即 SPP 在传播平面中表现出椭圆极化电场。这里给出的实验结果提供了 SPP 具有横向自旋角动量的固有属性的直接证据。这归因于 SPP 的面外和面内近场分量的 π/2 异相。得到的 TR-PEEM 图像得到了经典波模式和 FDTD 模拟的支持。本质上，SPP 平面内和平面外分量之间测得的 π/2 相位差表明传播平面中存在旋转场分量，即 SPP 在传播平面中表现出椭圆极化电场。这里给出的实验结果提供了 SPP 具有横向自旋角动量的固有属性的直接证据。这归因于 SPP 的面外和面内近场分量的 π/2 异相。得到的 TR-PEEM 图像得到了经典波模式和 FDTD 模拟的支持。本质上，SPP 平面内和平面外分量之间测得的 π/2 相位差表明传播平面中存在旋转场分量，即 SPP 在传播平面中表现出椭圆极化电场。这里给出的实验结果提供了 SPP 具有横向自旋角动量的固有属性的直接证据。SPP面内和面外分量之间测得的π/2相位差表明传播平面中存在旋转场分量，即SPP在传播平面中表现出椭圆极化电场。这里给出的实验结果提供了 SPP 具有横向自旋角动量的固有属性的直接证据。SPP面内和面外分量之间测得的π/2相位差表明传播平面中存在旋转场分量，即SPP在传播平面中表现出椭圆极化电场。这里给出的实验结果提供了 SPP 具有横向自旋角动量的固有属性的直接证据。