[發明專利]一種亞波長雙光斑分裂聚焦微納結構

有效

• 申請號: 201811237909.3
• 申請日: 2018-10-23
• 公開（公告）號: CN109375299B
• 公開（公告）日: 2020-05-26
• 發明（設計）人: 李艷秋;郭哲
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G02B5/00
• 分類號: G02B5/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 李微微;仇蕾安

本發明公開了一種本發明的亞波長雙光斑分裂聚焦微納結構，包括基底以及基底上的銀膜；銀膜上分布有周期性結構陣列；每個結構包括對銀膜進行刻蝕形成的圓形凹槽，以及保留在圓形凹槽中心區域的橢圓環狀銀膜；其中，圓形凹槽和橢圓環狀銀膜的尺寸均為納米量級；在合適波長下，激發表面電場服從理論計算分布，能夠在光學近場區域產生雙光斑，光斑尺寸處于亞波長量級，形狀呈理想圓形，具有良好的分裂聚焦特性；并且本發明聚焦結構本對工作方位角不敏感，在0°至80°取向方位角范圍內均能保持良好的分裂聚焦效果。

技術領域

本發明屬于微納光學應用、近場光學聚焦成像、集成光學系統設計等技術領域，具體涉及一種亞波長雙光斑分裂聚焦微納結構。

背景技術

光學技術的迅速發展對聚焦成像系統的分辨率需求持續增高。經典光學聚焦成像問題中，透鏡工作距離一般都遠大于波長，只能對空間頻率較小的傳播光波進行調制。光的傳播滿足一般的衍射定律，存在衍射極限，難以滿足光學技術的發展需求。并且傳統聚焦透鏡多由自然晶體制成，體積大，集成難度高。

解決聚焦結構分辨力受限與集成化問題的一種有效手段是設計一種亞波長金屬聚焦結構，通過激發表面等離子體效應操控表面倏逝波，實現突破衍射極限的亞波長超分辨聚焦。利用金屬微納結構實現對倏逝波的調控產生亞波長聚焦，引起越來越多的學者關注，通過精密設計微納結構，可以獲得多種材料與結構的微納聚焦結構，進而對聚焦效果進行調控。例如：利用介電常數和磁導率均為-1的負折射率材料制作平板理想透鏡結構(Physical Review Letters,2000,85(18),3966-3969)，該結構在對傳播光波成分聚焦的同時，也對倏逝波成分產生聚焦增強效應，突破衍射極限實現亞波長聚焦；利用周期性排布的納米圓孔構成光學近場聚焦結構(Nature,1998,391(6),1114-1117)，該結構利用光透過亞波長周期金屬圓孔產生的增強透射效應，使得圓孔出射面附近局部倏逝波強度較高，形成數十納米量級的近場亞波長聚焦光斑；利用蝴蝶結型納米孔和周期圓環狹縫結構結合，制作了復合亞波長近場聚焦結構(Scientific Reports,2011,1(11),116-120)，該結構通過同時激發傳播型和局域型的表面等離激元，進一步增加局域增強場強度，能夠產生尺寸為20nm左右的近場光斑；利用亞波長狹縫結構制作長焦近場聚焦結構(Physical ReviewX,2014,4(3),1767-1770)，利用狹縫結構中的Fano共振效應，在調制倏逝波相消干涉的同時彌補了倏逝波的強度衰減，能夠有效提高近場聚焦微納結構的焦距。然而已報道的亞波長聚焦微納結構只能夠產生單一的聚焦光斑，缺少用于產生雙光斑分裂聚焦的結構設計。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供一種亞波長雙光斑分裂聚焦微納結構，可以在光學近場區域內產生雙光斑分裂聚焦效應。

一種亞波長雙光斑分裂聚焦微納結構，包括基底以及基底上的銀膜；銀膜上分布有周期性結構陣列；每個結構包括對銀膜進行刻蝕形成的圓形凹槽，以及保留在圓形凹槽中心區域的橢圓環狀銀膜；其中，圓形凹槽和橢圓環狀銀膜的尺寸均為納米量級。

較佳的，所述基底為折射率n＝1.4-1.5的石英玻璃。

較佳的，所述橢圓環狀銀膜的外環長軸與短軸的長度比大于1.1且橢圓環狀銀膜的環寬大于12nm。

較佳的，所述圓形凹槽半徑長r為55nm至60nm，橢圓環狀銀膜的內環的長半軸a_i為16nm至18nm，橢圓環狀銀膜內環的短半軸b_i為10nm至12nm，橢圓環狀銀膜外環的長半軸a_o為30nm至35nm，橢圓環狀銀膜外環的短半軸b_o為22nm至25nm。

較佳的，銀膜厚度t為16nm至18nm。

較佳的，所述結構的周期長度d為370nm至390nm。

本發明具有如下有益效果：