[發明專利]基于重離子徑跡技術的超表面納米天線陣列的制造方法及應用

有效

• 申請號: 201810511602.1
• 申請日: 2018-05-25
• 公開（公告）號: CN108647467B
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 付永啟;崔頌雅;游依莎;趙康伊
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/20
• 代理公司: 成都正華專利代理事務所(普通合伙) 51229
• 代理人: 何凡

本發明公開了基于重離子徑跡技術的超表面納米天線陣列的制造方法及應用，步驟S1：采用時域有限差分仿真軟件設計納米天線陣列；步驟S2：優化超聚焦點的聚焦度；步驟S3：制造基于超表面的納米天線陣列；步驟S4：超表面的納米天線陣列結構在生物成像中的應用；步驟S5：通過暗場顯微鏡目鏡及CCD相機觀察樣品形貌；步驟S6：基于超表面的納米天線陣列結構在生化檢測中的應用；解決了以往報道的完美透鏡中存在的能量在光學材料中的損失嚴重、沒有工作距離、沒有成像放大作用和只是一維成像的問題。

技術領域

本發明涉及天線陣列領域，特別是涉及基于重離子徑跡技術的超表面納米天線陣列的制造方法及應用。

背景技術

隨著納米技術的發展，在納米量級的光學成像能力的進一步提升勢在必行，這將對材料科學、化學和生物等學科起到革命性的推動作用。普通光學顯微鏡的分辨率由于受到衍射極限的限制，所能達到的極限分辨率λ₀/2早已不能滿足現代科學研究的需求。盡管后來金斯萊克在1983發明了浸沒顯微鏡，并將分辨率進一步下降到了λ₀/2n。但是，由于受到介質折射率n的范圍限制，分辨率仍然受到一定限制。最近，已經提出了一些突破亞波長衍射極限分辨率的方法。其中一個是Pendry于2000年提出的基于完美透鏡的超分辨成像技術。

近十多年來，基于超表面等離激元的研究取得了重大進展,主要研究被限制在光波長量級或小于光波長的電磁場的問題。電子科技大學物理學院付永啟教授實驗室研究出一種新型的基于超表面的納米天線陣列。它可為成像提供納米量級的光源，突破傳統的衍射極限。但到目前為止,對于基于超表面納米天線陣列,國內外還未見報道,相關技術細節也很少。

已報道的完美透鏡存在的不足之處是：1.能量在光學材料中的損失嚴重；2.沒有工作距離；3.沒有成像放大作用；4.只是一維成像。由于存在這些缺點，透鏡的性能受限，只有當光學光譜范圍內的超低損耗和負磁導率的超材料被開發出來，才可能用完美透鏡觀察圖像。而本專利提出的一種新型的基于重離子徑跡技術的超表面納米天線陣列，可產生半高全寬為納米量級的微小“熱點”作為照明光源，理論上，可實現低至λ₀/10的成像分辨率，突破了傳統的光學衍射極限。避免了以往報道的完美透鏡所存在的缺點，減少了能量在光學元件中的損失，陣列表面可以激發出表面等離激元(SPPs)，并在陣列尖端處匯聚收集能量，形成的微小的“熱點”就像無數的星星在宇宙中閃耀一般，大大提高了能量的利用效率，并以此作為照明光源，提高了空間的分辨率，有望突破現有技術的瓶頸，對材料科學、化學、生物等學科起到了至關重要的作用。此外，可以實現二維圖像成像，遠遠超越了完美透鏡的一維成像，使光學成像的發展有了質的飛躍。其次，基于超表面的納米天線陣列對超材料的要求降低，不再需要開發出超低損耗和負磁導率的超材料，只需要通過改變結構單元的形狀和尺寸、調整結構的位置和形態、改變不同的材料就有可能出現新的電磁場特性和功能，這使得結構更易于優化、加工、生產，更易于開發出新的性能，出現令人驚訝的奇特性質。同時，該結構對不同的分子或者物質具有生物傳感器的檢測性能，特別是在需要生化傳感器檢測功能和光學成像的情況下，是可行的選擇。利用這一新的納米天線陣列可用于生物檢測、光學成像、醫學研究、材料科學等領域，尤其是對聚焦型納米光子器件的研究有重要的意義，為突破傳統的光學衍射極限，提高分辨率提供了一種可行和重要的方式。

發明內容

為解決現有技術中存在的問題，本發明提供了基于重離子徑跡技術的超表面納米天線陣列的制造方法及實現，解決了以往透鏡中能量在光學材料中的損失嚴重、沒有工作距離、沒有成像放大作用和只是一維成像的問題。

本發明采用的技術方案是：基于重離子徑跡技術的超表面納米天線陣列的制造方法及應用,方法包括如下步驟：

步驟S1：采用時域有限差分仿真軟件設計納米天線陣列，并計算出陣列尖端產生的表面等離激元，形成局部增強的“熱點效應”；

步驟S2：根據設計的納米天線參數，優化“熱點效應”超聚焦點的聚焦度；