[發(fā)明專利]一種產(chǎn)生無衍射光學(xué)渦旋晶格的超穎表面及其設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810946381.0
• 申請日: 2018-08-20
• 公開（公告）號: CN108983443B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李振華
• 申請（專利權(quán)）人: 德州學(xué)院
• 主分類號: G02F1/01
• 分類號: G02F1/01
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 孫維傲

1.一種產(chǎn)生無衍射渦旋晶格的方法，所述方法包括以入射光垂直入射超穎表面，通過超穎表面的入射光被轉(zhuǎn)換成具有特定相位差且向預(yù)先設(shè)置方向進(jìn)行偏轉(zhuǎn)的透射獨(dú)立光束，透射獨(dú)立光束彼此交疊產(chǎn)生無衍射光學(xué)渦旋晶格；

所述超穎表面包括石英襯底、金膜、圓形區(qū)域以及納米矩形孔陣列；石英襯底用于支撐金膜；金膜以磁控濺射的方式鍍在石英襯底表面，納米矩形孔陣列分布于金膜上的圓形區(qū)域內(nèi)；

所述超穎表面通過如下方法設(shè)計(jì)得到：

定義金膜表面位于xoy平面，中心為o點(diǎn)，金膜表面上有N個(gè)直徑為D的圓形區(qū)域，任意圓形區(qū)域圓心到o點(diǎn)的距離均為d，第n個(gè)圓形區(qū)域的中心點(diǎn)相對于o點(diǎn)的方位角為Φ_n＝2(n-1)π/N；并設(shè)定入射光波長為λ；入射光自石英襯底方向垂直入射；

步驟(1)：設(shè)定金膜上任意透光圓形區(qū)域透射光的目標(biāo)交疊點(diǎn)為z軸上距離超穎表面z_tar處，即所有圓形區(qū)域透射光均偏折向z軸，偏轉(zhuǎn)角度為其中z軸為通過金膜表面中心o點(diǎn)且垂直于金膜表面的垂直軸；

步驟(2)：根據(jù)步驟(1)中的偏轉(zhuǎn)角度，反推金膜上第一個(gè)圓形區(qū)域上任意位置，用坐標(biāo)(x_samp,1,y_samp,1)表示該位置處所攜帶的相位值，即相位分布，得到

其中，k＝2π/λ是入射光的波矢常數(shù)，該相位分布隨x坐標(biāo)值線性變化，其作用效果為偏折光楔，因此，也可定義該相位分布為偏折光楔相位；

步驟(3)：將步驟(2)中的偏折光楔相位分布整體繞z軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度Φ_n，得到第n個(gè)圓形區(qū)域上任意一點(diǎn)處的相位分布，該處以坐標(biāo)表示為(x_samp,n,y_samp,n)；

為了用公式進(jìn)行表示，設(shè)定φ_samp,n為該點(diǎn)相對于金膜中心o點(diǎn)的方位角，得到第n個(gè)圓形區(qū)域上任意一點(diǎn)的相位表達(dá)式，如下：

步驟(4)：設(shè)定第n個(gè)圓形區(qū)域上任意一點(diǎn)處的初始設(shè)定相位差，該相位差為相位值相位值是第n個(gè)圓形區(qū)域強(qiáng)加給該處透射光束的相位值或者是第n個(gè)圓形區(qū)域?qū)υ搱A形區(qū)域處透射光束附加的初始相位值，將步驟(3)中任意一點(diǎn)處的相位分布加上相位差得到攜帶特定相位差的偏折光楔相位分布，表示為：即

由此，可確定金膜上任意圓形區(qū)域的相位分布；

步驟(5)：在金膜上任意一圓形區(qū)域分別沿x方向和y方向均間隔距離p確定取樣點(diǎn)，并對步驟(4)中相應(yīng)位置處的相位值進(jìn)行取樣；

步驟(6)：以步驟(5)確定的取樣點(diǎn)為中心，確定長度為l，寬度為w的矩形，長軸沿x方向；

步驟(7)：以步驟(6)中的矩形中點(diǎn)為中心將其在xoy平面，即金膜表面逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)角度為θ(x_samp,n,y_samp,n)，其與該點(diǎn)處相位取樣值的關(guān)系為根據(jù)該關(guān)系，得到任意矩形的位置、大小和角度分布；

步驟(8)：使用聚焦離子束刻蝕的方法根據(jù)步驟(7)中確定的矩形位置刻蝕金膜，即得產(chǎn)生無衍射光學(xué)渦旋晶格的超穎表面。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述金膜的厚度為100-200納米。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述入射光為左旋圓偏振光，其自石英襯底方向垂直入射超穎表面。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括以左旋圓偏振光為入射光自石英襯底方向垂直入射所述的超穎表面，通過超穎表面的入射光被轉(zhuǎn)換成具有特定相位差且向z軸偏轉(zhuǎn)角度的透射獨(dú)立光束，透射獨(dú)立光束彼此交疊在垂直距離金膜表面z_tar位置處，以z_tar位置為中間點(diǎn)垂直向上和向下Dz_tar/2d距離的區(qū)域內(nèi)獲得無衍射光學(xué)渦旋晶格；

該晶格保持無衍射特性的區(qū)域?yàn)橐赃^金膜平面中心o點(diǎn)的垂直軸z軸為旋轉(zhuǎn)對稱軸的梭子形區(qū)域，該梭子形區(qū)域的中截面以距離金膜表面z_tar位置處為中心點(diǎn)，該中截面的直徑為金膜上圓形區(qū)域的直徑D，梭子形區(qū)域在垂直空間上的長度為Dz_tar/d。