[實用新型]一種金屬銀薄膜徑向偏振光長焦距平面透鏡

有效

• 申請號: 201720445641.7
• 申請日: 2017-04-26
• 公開（公告）號: CN207067428U
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發明（設計）人: 許吉;張茜;李洋;孫嘉晨;時楠楠;陸云清
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G02B5/00
• 分類號: G02B5/00
• 代理公司: 南京知識律師事務所32207
• 代理人: 高玲玲

技術領域

本實用新型屬于亞波長光子學領域以及集成光學領域，特別涉及一種基于等離激元效應的徑向偏振光聚焦透鏡。

背景技術

柱矢量光束具有柱對稱性的偏振分布，其獨特的光場分布和聚焦特性被廣泛應用于光學微操縱及光學成像等領域中，并迅速向亞波長尺度拓展。通常，緊聚焦常采用等離激元透鏡，該透鏡針對徑向偏振光實現聚焦。

表面等離激元能夠突破衍射極限，并具有很強的局域場增強特點，可以實現納米尺度的光信息傳輸與處理，但表面等離激元透鏡的焦距往往受到其近場效應的限制。并且，為了更好的控制聚焦的相位要求，一般透鏡為非平面透鏡，等離激元透鏡在一些場合也設計為曲面，這樣就給位微加工領域提出要求。Hongyan Shao等人于2016年發表于《Plasmonics》雜志的題為“Plasmonic Planar Lens Based on Slanted Nanolist Array”中提出了一種能夠實現線偏振光緊聚焦的平面金屬透鏡結構，克服了曲面透鏡的結構困難，但該透鏡的聚焦效果只能針對橫磁偏振光入射情況。

因此，本專利將提出一種能夠對徑向偏振光實現聚焦的平面等離激元透鏡，并能夠進一步的增加焦距。

發明內容

本實用新型為了克服現有技術的缺陷，提出一種能夠對徑向偏振光實現長焦距聚焦的平面等離激元透鏡。

為了實現上述目的，本實用新型采用以下技術方案：一種金屬銀薄膜徑向偏振光長焦距平面透鏡，包括：平面金屬銀薄膜以及薄膜上構建的三組同心環狹縫；所述金屬銀薄膜厚度為0.64μm，三組同心環狹縫的環壁與薄膜平面為非垂直關系，具有一定傾斜角。

進一步的，同心環狹縫內的介質為空氣，狹縫寬度為0.1μm，同心環狹縫出射面間距為1.17μm。

進一步的，同心環狹縫的傾角由內至外分別為56.63°，66.29°和70.90°。

進一步的，平面透鏡在632.8nm波長徑向偏振光入射下，平面透鏡的焦距為2.3μm。

本發明徑向偏振光長焦距平面透鏡的材料為金屬銀，于金屬銀薄膜上構建三組同心環狹縫構成；所述金屬銀薄膜厚度為0.64μm，三組同心環的環壁與薄膜平面為非垂直關系，具有一定傾斜角。

進一步的，同心環狹縫內為空氣，狹縫寬度為0.1μm，同心環狹縫間距為1.17μm，該間距由相鄰同心環在出射面處的間距定義。

狹縫寬度遠小于入射波長，狹縫中的等離激元模式可以沿著狹縫傳播，其傳播常數β可以表示如下：

其中，k₀是真空中的波矢，ε_m和ε_d是金屬和電場的相對介電常數。

為了使不同狹縫的出口的電磁波匯聚到同一個預設的焦點，電磁波需要在該點進行相長干涉。在這種情況下，聚焦表達式可以結合每個狹縫傳播的波的相對相位的延遲來推導出：

其中，f是預設的焦距，Δφ_m是第m個狹縫環的入口和出口的額外相位延遲，Λ為相鄰狹縫環的間距，設置為1.17μm，θ_m是第m個狹縫的傾角，H是器件的厚度為0.64μm。

透鏡在632.8nm波長徑向偏振光入射下，預設焦距為f＝2μm，狹縫的傾斜角能由公式(2)算出，在r-z截面面上，所述同心環狹縫保持出射面間距不變，狹縫環壁傾角由內至外分別為56.63°，66.29°和70.90°，每個狹縫環于入射面的入口相較于出射口遠離z軸。該參數下，得到焦場焦距為2.3μm。

本結構將狹縫型二維金屬薄膜等離激元透鏡進行結構對稱性上的優化，實現了對徑向偏振光的聚焦。通過對同心環結構參數的調整和優化，獲得了聚焦效率高，焦距大的平面金屬薄膜等離激元透鏡。

本實用新型的有益效果為：本器件達到了聚焦徑向偏振光的效果，并且具有較高聚焦效率和較大的焦距。在亞波長光子學領域、集成光學領域等相關領域具有一定的應用價值。

本實用新型所述的技術方案或本領域的技術人員在本實用新型的技術方案的啟發下，設計出類似的技術方案而達到上述技術效果的均落入本實用新型的保護范圍。

附圖說明

圖1是金屬銀薄膜徑向偏振光長焦距平面透鏡頂視圖。

圖2是金屬銀薄膜徑向偏振光長焦距平面透鏡縱切面(x‐z平面)示意圖。

圖3是波長為λ＝632.8nm的徑向偏振光聚焦光場分布圖。

圖4是波長為λ＝632.8nm的徑向偏振光聚焦時z軸上光場分布曲線。

具體實施方式