[發明專利]一種基于液晶材料的可調諧超材料光鑷

有效

• 申請號: 201210237508.4
• 申請日: 2012-07-10
• 公開（公告）號: CN102736274A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 曹暾
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G02F1/01
• 分類號: G02F1/01;G21K1/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李寶元;梅洪玉

技術領域

本發明涉及一種基于液晶材料的可調諧超材料光鑷，可應用于生命科學及微小生物分子檢測等領域。

背景技術

自從1980年，Ashkin等首次提出光鑷理論之后，光鑷技術已經在眾多科學領域獲得重大進展。由于光鑷技術可以對微納尺度的生物分子進行非侵入式和非接觸式的簡易操作，因此其在生命科學領域中的應用更是得到了人們廣泛關注。光阱力(optical?trapping?force)是光鑷的重要組成部分之一，其特性取決于光的場強梯度。如何構建光阱力，實現光鑷技術是目前該領域的研究熱點。2002，Erikesen等利用相位對比技術產生光阱力。同年，Curtis等提出可以通過全息光技術產生光阱力。然而，對于光阱力的研究也面臨著新的挑戰，比如，如何構建可調諧光阱力，實現可調諧光鑷，對生物分子進行動態抓獲。為了解決該問題，人們做了很多嘗試，由此形成了光鑷領域的一個新的熱點：可調諧光鑷。

2006年，Quidant等提出通過改變入射光的波長，可以調諧光鑷中光阱力的大小進而實現對不同尺寸粒子的選擇。2009年，Roels?等提出可以通過改變注入到光波導的光場相位對光鑷的光阱力的方向進行調諧。2010年，Gao等提出可以通過使用貝塞爾高斯光束對光鑷的光阱力進行調諧。2011年，Rodriguez?等人提出通過非對稱結構對光鑷的光阱力方向進行調諧。

上述可調諧光鑷，需要引入外加可調器件，這將會增加光鑷的復雜性，給可調諧光鑷的實際應用帶來很大的難度。

如可直接調節超材料光鑷的介電常數，將有效簡化可調超材料光鑷的實現難度，大大推進其實用化進程。因此，本發明提供一種基于液晶材料的可調諧超材料光鑷。通過在金屬層-液晶材料層-金屬層-氧化層多層結構上，制備具有周期性結構的孔陣列，使其在光照條件下具有光阱力。然后，利用液晶材料的介電系數隨外加電場或溫度改變而變化的特性，實現超材料光鑷中光阱力大小和方向的可調諧性。

發明內容

本發明針對上述可調諧光鑷的問題，提供了一種基于液晶材料的可調諧超材料光鑷，該器件具有結構簡單、操作容易、工作頻率調諧范圍大等特點。

本發明解決問題采用的技術方案如下：

基于液晶材料的可調諧超材料光鑷是基于多層結構的器件。其上具有周期性結構的孔陣列，使其在光照條件下，產生光阱力。然后，通過改變液晶材料的介電常數，使光阱力的大小和方向發生改變，從而實現可調諧超材料光鑷。所述的多層結構是通過在玻璃襯底上生長金屬層、液晶材料層、金屬層和氧化層而成，金屬層的寬度在1微米至2厘米、高度在20納米至10微米，液晶材料層寬度在1微米至2厘米、高度在20納米至10微米；氧化層寬度在1微米至2厘米、高度在1納米至1微米。金屬層包括Al、Ag、Au、Cu、Ni。液晶材料層包括向列相液晶（nematic），近晶相液晶（smectic），膽甾相液晶（cholesteric），碟型液晶（discotic），熱致液晶（thermotropicLC），重現性液晶（recentrantLC），手性液晶，負性液晶，端烯類液晶，嘧啶類液晶，含氟類液晶，炔類液晶，乙烷類液晶，苯基環己烷類液晶。氧化層包括In₂O_3，SnO₂，ITO。

所述的周期性孔矩陣孔是三角形、方形、圓形、橢圓形、弧形、十字形、六邊形；孔的寬度在20納米至1微米、高度在60納米至30微米。周期性孔矩陣可以通過干法或者濕法刻蝕工藝實現，如電子束曝光(E-beam?lithography)、聚焦離子束曝光(Focus?Ion?Beam?lithography)?和反應離子束刻蝕(Reactive?Ion?Etching,?RIE)等，其特點是底部平坦，空壁光滑，側面形狀不限。

所述的多層結構可以通過材料生長工藝實現，如電子束蒸發，金屬有機化合物化學氣相沉淀，氣相外延生長，和分子束外延技術

所述的基于液晶材料的可調諧超材料光鑷可以通過控制外加電場或溫度，改變液晶材料雙折射率和介電系數，進而實現可調諧光阱力。

附圖說明

圖1為可調諧液晶超材料光鑷示意圖。

圖2為可調諧液晶超材料光鑷制作流程示意圖一。

圖3為可調諧液晶超材料光鑷制作流程示意圖二。

圖4為可調諧液晶超材料光鑷的各種形狀示意圖。

圖中：1玻璃襯底，2多層結構，3金屬層，4液晶材料層，5氧化層，6掩膜，7周期性孔矩陣，8可調諧液晶超材料光鑷，9基于多層結構的可調諧超材料光鑷。

具體實施方式