[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

本發(fā)明提供一種產(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，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。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種產(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。

背景技術(shù)

無衍射光學(xué)渦旋晶格具有獨(dú)特的橫向光勢場周期性分布以及沿光傳播方向的衍射不變特性，在周期型激光直寫、多通道光學(xué)微操控以及生物細(xì)胞篩選等多領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。目前，人們可以通過多孔干涉儀或空間光調(diào)制器配合傅立葉變換透鏡產(chǎn)生多種類型的光學(xué)渦旋晶格。但是，目前所使用的光學(xué)系統(tǒng)大多較為龐大，光路調(diào)節(jié)復(fù)雜，并且不能很好的和其他光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行集成；另外，這類系統(tǒng)產(chǎn)生的渦旋晶格尺寸較大，這就限制了光學(xué)渦旋晶格特別是在微觀領(lǐng)域的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明的目的是為解決上述不足，提供一種可集成的產(chǎn)生微米級無衍射光學(xué)渦旋晶格的超穎表面及其設(shè)計(jì)方法。該方法通過調(diào)整透光納米矩形孔陣列的偏轉(zhuǎn)方向，實(shí)現(xiàn)對透射光相位的精確調(diào)制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)超穎表面各透射光束向特定方向的偏折，在干涉場中得到無衍射渦旋晶格。本發(fā)明在微米尺度實(shí)現(xiàn)光束的偏折，并在近表面范圍內(nèi)產(chǎn)生無衍射光學(xué)渦旋晶格，系統(tǒng)簡潔，可集成度高，有很好的應(yīng)用前景。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

本申請?zhí)峁┝艘环N可產(chǎn)生無衍射渦旋晶格的超穎表面及其設(shè)計(jì)方法，以及使用該超穎表面產(chǎn)生無衍射渦旋晶格的方法，如圖1所示，本發(fā)明的超穎表面包括1金膜、2石英襯底、3圓形區(qū)域和4納米矩形孔。

本申請中，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(石英襯底厚度0.1-1毫米)，金膜厚度為100-200納米，在可見光波段不透光；納米矩形孔陣列分布于金膜上N個直徑均為D的圓形區(qū)域，且在任一圓形區(qū)域內(nèi)，納米孔間的橫向及縱向間距均為相同值p；任一圓形區(qū)域中心到金膜中心的距離均為d，且第n個圓形區(qū)域中心相對于金膜中心的方位角為φ_n＝2(n-1)π/N；進(jìn)一步地，所述納米矩形孔長度為l、寬度為w，其中λl2w，λ為入射光波長。

本發(fā)明中，N為非零的整數(shù)，n≥1；D、p、d、l、w均大于0。

所述入射光波長為390-760納米。

以入射光自石英襯底方向垂直入射本申請的超穎表面，所述入射光被轉(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，這些獨(dú)立光束彼此交疊產(chǎn)生無衍射光學(xué)渦旋晶格。

進(jìn)一步地，所述入射光為左旋圓偏振光；所述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)立光束在超穎表面處符合相位延遲分布：

其中，(x_samp,n,y_samp,n)是第n個圓形區(qū)域上任一點(diǎn)的位置坐標(biāo)，k＝2π/λ是入射光波矢常數(shù)，λ為入射光波長，φ_samp,n是第n個圓形區(qū)域上任一點(diǎn)相對于金膜中心的方位角，是第n個圓形區(qū)域強(qiáng)加給該處透射光束的相位值(即是第n個圓形區(qū)域?qū)υ搱A形區(qū)域處透射光束附加的初始相位值)，z_tar是所有透射獨(dú)立光束交疊區(qū)域的中心(交疊點(diǎn))距離金膜表面的垂直距離，其決定了各光束向該交疊區(qū)域中心的偏轉(zhuǎn)角度為arctan(d/z_tar)，設(shè)計(jì)時，該交疊區(qū)域的交疊點(diǎn)即為預(yù)先設(shè)置的方向。

進(jìn)一步地，以金膜上第n個圓形區(qū)域中的任一納米矩形孔的中心為取樣點(diǎn)，該取樣點(diǎn)的相位值為并以該點(diǎn)為中心將其在金膜平面旋轉(zhuǎn)角度θ(x_samp,n,y_samp,n)，取樣點(diǎn)相位值與旋轉(zhuǎn)角度的關(guān)系符合

所述無衍射渦旋晶格可以為Kagome類型、Honeycomb類型等無衍射渦旋晶格。