Light carries linear and angular momentum. Although the momentum of light is a widely accepted concept, even the exact definition of light momentum still has some debates, especially in nanoscale. This dissertation studied the coupling of linear and angular momentum of light to a nano-optical system. The distribution of light scattering by a single subwavelength metal nanoantenna is experimentally measured and analyzed via the conservation of linear momentum of the light. We also schematically suggest a simple quantum well system to verify the role of the orbital angular momentum of light on transition selection rule by quantitative comparison of exciton absorption peaks while the angular momentum is quenched in semiconductor. We demonstrated direct observation of optical spin on nano plasmonic structure for the first time. In surface plasmon field distribution excited on zigzag metal nanostructure, we found the over the diffraction limit spatial separation of spin angular momentum density of light. We experimentally verified the physical validity of spin angular momentum density of confined surface plasmon field by measuring spatial pattern of circular polarization resolved photoluminescence distribution of the transition metal dichalcogenide (TMDC) employed in zigzag structure. The valley selective photoluminescence enables the TMDC medium to act as an effective probe of the spin angular momentum of light.
빛은 선 및 각 운동량을 가진다. 빛의 운동량이라는 개념은 널리 알려져 있지만, 그 정확한 정의조차 특히 나노 스케일에서 아직 논란이 있다. 본 학위논문에서는 몇 가지 나노 광학 시스템에 대한 광학 선 및 각 운동량의 결합에 관하여 연구한다. 단일 나노 안테나에서 빛의 산란분포를 실험적으로 측정하였고 빛의 운동량 보존에 기반하여 해석하였다. 또한 개념적으로 양자우물 시스템의 엑시톤 광학 흡수피크의 정량적인 비교를 통하여 반도체의 광학 전이에서 빛의 궤도 각 운동량의 역할을 밝힐 수 있음을 제안하였다. 나노 플라스모닉 구조에서 최초로 광학 스핀 각 운동량을 직접 확인하였다. 지그재그 모양 금속 구조에 여기 된 표면 플라즈몬 분포에서, 빛의 스핀 각 운동량 분포가 공간적으로 회절 한계 이상의 영역으로 잘 나뉘어진다. 지그재그 구조에 결합한 전이금속 켈코제나이드(transition metal dichalcogenide, TMDC)의 광방출 패턴을 측정하여 속박된 표면 플라즈몬 장의 스핀 각 운동량 분포를 실험적으로 확인하였다. 빛의 스핀 각운동량은 TMDC의 벨리에 따라 결정되는 광방출을 통해 효과적으로 측정한다.
