[發明專利]一種表面等離激元雙焦點透鏡

有效

• 申請號: 201810184685.8
• 申請日: 2018-03-06
• 公開（公告）號: CN108363127B
• 公開（公告）日: 2020-01-21
• 發明（設計）人: 王家園
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: G02B5/00
• 分類號: G02B5/00;G02B27/00
• 代理公司: 35200 廈門南強之路專利事務所(普通合伙)
• 代理人: 馬應森

一種表面等離激元雙焦點透鏡，涉及表面等離激元。設有金屬膜，在金屬膜的表面上刻蝕有矩形凹槽陣列，在矩形凹槽陣列一側設有2個亞波長尺寸的焦點，用于實現雙焦點聚焦。所述金屬膜可采用金、銀、鋁等中的一種，所述金屬膜所浸沒的環境介質材料可選自空氣、玻璃、水等中的至少一種。利用波動光學的理論，提供一種能實現兩個焦點的表面等離激元透鏡。該透鏡結構緊湊，使用靈活，且能調控兩個焦點的強度比值，有望在微納光學領域中的高分辨成像、光互連、分束等方面獲得應用。整體結構小，可以做到幾十個微米尺度，適合集成。焦點橫向半寬小，可以實現亞波長焦點的雙聚焦。

技術領域

本發明涉及表面等離激元，尤其是涉及一種表面等離激元雙焦點透鏡。

背景技術

表面等離激元(Surface Plasmon Polariton)是一種局域在金屬/介質表面的電磁場表面模式，其特點是電磁場強度在垂直于金屬表面的方向上指數衰減；并且以大于介質中同頻率光子的波數沿金屬表面傳播。在一定條件下，光和表面等離激元之間可以實現能量轉換。這使得人們可以利用表面等離激元在微米乃至納米尺度的范圍內對光進行操控。基于表面等離激元的各種功能器件的研究以及相關理論研究成為近年來的熱點，吸引著眾多科研人員的關注([1]W.L.Barnes,A.Dereux,and T.W.Ebbesen,“Surfaceplasmonsubwavelength optics,”Nature 424,824-830(2003))。

在眾多表面等離激元的平面光子學器件中，表面等離激元透鏡件的研究一直是表面等離激元器件研究的熱點，這是因為實現聚焦直接關系到顯微成像、探測、光存儲、光鑷等應用功能。目前大多數的表面等離激元透鏡只具有單個焦點。

發明內容

本發明的目的在于利用波動光學的理論，提供能實現兩個焦點，結構緊湊，使用靈活，且能調控兩個焦點的強度比值，在微納光學領域中的高分辨成像、光互連、分束等方面獲得應用的一種表面等離激元雙焦點透鏡。

本發明設有金屬膜，在金屬膜的表面上刻蝕有矩形凹槽陣列，在矩形凹槽陣列一側設有2個亞波長尺寸的焦點，用于實現雙焦點聚焦。

所述金屬膜可采用金、銀、鋁等中的一種，所述金屬膜所浸沒的環境介質材料可選自空氣、玻璃、水等中的至少一種。金屬膜和所浸沒的環境材料原則上不限制，只需滿足在選定的波段，兩者界面能支持表面等離激元的傳播即可。所述金屬膜的厚度原則上不做限制，可以是無窮厚的金屬表面或厚度為幾十～幾百納米的金屬薄膜，只需滿足在選定的波段，在金屬膜和所浸沒的環境材料界面能支持表面等離激元的傳播即可，視具體情況而定。

所述矩形凹槽陣列被刻蝕在金屬膜表面，即在金屬表面挖去長方體空腔，所述長方體空腔的長度與表面等離激元波長在相同數量級，長方體空腔的長度為幾百納米～幾個微米之間，寬度為表面等離激元半波長，約為幾百納米，深度為幾十納米。

所述矩形凹槽陣列的中心位置和長度可由方程組(1)和(2)確定：