[發明專利]一種直線型表面等離激元透鏡及其照明方法

有效

• 申請號: 201810727809.2
• 申請日: 2018-07-05
• 公開（公告）號: CN108919392B
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 陳建農
• 申請（專利權）人: 魯東大學
• 主分類號: G02B5/00
• 分類號: G02B5/00;G02B6/122
• 代理公司: 煙臺雙聯專利事務所(普通合伙) 37225
• 代理人: 申國棟

本發明涉及一種直線型表面等離激元透鏡及其照明方法。表面等離激元透鏡由相隔為一個表面等離激元波長的兩條直線狀狹縫組成或一系列沿縱向排列成直線的兩條狹縫組構成。狹縫被外部入射激光照明時，在金屬表面激發的表面等離激元相位與入射到該點的激發光相位密切相關。當入射到該狹縫的多個空間不連續的不同相位的激發光斑之間形成的波前在同一圓弧上時，則激發出來的表面等離激元波前在金屬表面也形成一段圓弧，從而可以使表面等離激元聚焦在圓弧的圓心。此時，金屬表面的狹縫成為一個表面等離激元透鏡。

技術領域

本發明涉及一種表面等離激元調控的裝置及方法，特別涉及一種直線型表面等離激元透鏡及其照明方法。

背景技術

通過對入射聚焦物鏡的激光進行振幅、相位、偏振等調制，以產生焦點區域各種強度分布、相位分布和偏振分布的光斑一直是一個非常重要的研究方向。目前已可以對焦點的數量、位置、偏振、位相和強度分別獨立進行調制。

隨著納米微結構、微光電器件、人工超材料研究的深入，這類器件和材料的照明與激發光路已顯得越來越重要。如表面等離激元開關、表面等離激元邏輯門的照明需要在橫向同一平面內的多個位相、數量、位置、偏振可控的微米尺寸聚焦激光光斑。

由于波長比較短，表面等離激元為獲得更高分辨率的光場提供了一種可能。例如，表面等離激元光刻就是利用了波長更短的特點。表面等離激元的增強和壓縮是上述應用所必須的。而表面等離激元透鏡是一種比較常見的增強和壓縮的方法。但是目前表面等離激元透鏡的結構都是圓對稱結構。照明方法則大多數用徑向偏振光或圓偏振光。圓對稱結構雖然可以產生高度壓縮和增強的圓對稱表面等離激元光斑，可是這種結構是圓形封閉的。表面等離激元光斑無法作為微納光子學的一個光源或輸入端應用于其他集成器件。因此，研究一種開放的能夠克服圓對稱封閉式結構缺陷的表面等離激元透鏡結構成為一個重要的問題。然而現有的開放式結構及其照明方法通常無法實現表面等離激元的增強和壓縮。為此，本發明提出一種可以實現表面等離激元增強和壓縮的直線狀表面等離激元透鏡結構及其相應的照明方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種可以實現表面等離激元增強和壓縮的直線狀表面等離激元透鏡結構及其相應的照明方法。

本發明所提供的技術方案如下：

一種直線型表面等離激元透鏡，包括設置在貴金屬表面上的兩條平行的直線狀狹縫，狹縫長度是表面等離激元波長的十倍到二十倍；狹縫的寬度為表面等離激元波長的三分之一，狹縫的深度為貴金屬膜的厚度，兩條狹縫的間距為一個表面等離激元波長。

本發明還提供了一種直線型表面等離激元透鏡的照明方法，包括以下步驟：

步驟S1，根據入射貴金屬表面的激光波長確定產生的表面等離激元波長；

步驟S2，根據表面等離激元波長，在貴金屬表面制作兩條平行的直線狀狹縫，狹縫長度是表面等離激元波長的十倍到二十倍，狹縫的寬度為表面等離激元波長的三分之一，狹縫的深度為貴金屬膜的厚度，兩條狹縫的間距為一個表面等離激元波長；

步驟S3，將準直擴束后的線偏振激光光束利用反射型純相位空間光調制器進行相位調制，利用4F傅里葉變換系統中繼調制相位到物鏡后孔徑平面，并利用物鏡聚焦，產生奇數個獨立的、相位可調的、波長尺度大小的、排列成直線狀的照明光斑；

步驟S4，直線狀照明光斑入射到直線狀狹縫結構后，在金屬表面激發出向兩側傳播的表面等離激元波；入射時，直線狀照明光斑排列方向與狹縫方向平行；

步驟S5，當排列成直線狀的奇數個相位獨立可調的照明光斑形成的波前處于一段圓弧上時，則向兩側傳播的表面等離激元波前也處于一段圓弧上，此時圓弧對應的圓心成為表面等離激元波聚焦的位置，貴金屬表面的兩條平行的直線狀狹縫則成為表面等離激元透鏡。