[實用新型]一種增強透射的納米環形近場光學探針

有效

• 申請號: 201820566435.6
• 申請日: 2018-04-20
• 公開（公告）號: CN208140736U
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發明（設計）人: 曾志豪;王海衛;謝長生;李紅云;黃濤;鄒宇豪;肖瑤
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01Q60/22
• 分類號: G01Q60/22;G02B6/26;G02B5/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智;曹葆青

本實用新型公開了一種增強透射的納米環形近場光學探針，該探針由光纖纖芯、納米環形結構、金屬膜及中心增強透射孔構成，納米環形結構分布在光纖纖芯平滑端頭的二氧化硅與金屬膜的界面處，能使激發光轉化成等離激元，聚焦到中心增強透射孔中，并且產生納米尺度及具備高度方向性的增強透射光。同時通過改變和優化環形結構位置與寬度、金屬膜材料及厚度，中心增強透射孔尺寸大小等，皆可以實現納米聚焦的調控和優化。本實用新型可用作掃描近場光學顯微鏡、原子力顯微鏡和針尖增強拉曼光譜儀的探針，光學探針形成的高方向性納米尺度增強透射近場光可以用作納米光刻和亞波長光通信的光源，并且在納米傳感、納米成像等諸多領域具有重要的應用價值。

技術領域

本實用新型屬于光學和光電技術領域，涉及微納米光學器件、表面等離激元激發和納米聚焦，特別是涉及一種高方向性、高空間分辨率和高靈敏度的具備增強透射性能的納米環形近場光學探針。

背景技術

由于光的衍射極限，傳統光學方法無法使光能聚集到亞波長以下尺度，無法收集精細結構信息，也無法使光有效透過直徑為半波長尺度的孔。因此，如何解決上述問題，成了現代光學領域關鍵的基礎科學和技術問題。近年來光子學、等離激元學和納米光學等方面的發展，使得高效聚焦光能至亞波長以下尺寸以及收集精細結構信息成為可能。利用特殊的納米金屬結構，可以將激發光轉化為等離激元，并且耦合成遠小于波長尺度的光斑模式，受二次激發產生的納米近場光源照射，被照射材料表面精細結構信息會由近場隱失波轉變成行波，可在遠場進行探測。國內外已經提出了多種納米結構引導產生等離激元，實現超分辨，主要包括納米金屬顆粒膜、納米金屬柱、納米金屬球、納米金屬錐、納米針尖、納米金屬缺陷和納米金屬間隙等。

由于上述結構多數用于散射激發模式，激發光源作為背景光，對近場光刻及近場超分辨成像皆產生巨大的噪聲污染；并且，普通細孔徑光纖光源又無法突破衍射極限，從而導致激發光無法高效透射；另外，多數納米金屬間隙結構又無法產生高度方向性的出射光；如此之多的問題，皆制約了近場光刻及近場超分辨成像等方向的發展。

實用新型內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本實用新型提供了一種增強透射的納米環形近場光學探針，由此解決透射式納米探針通光量少和方向性差的技術問題。

為實現上述目的，本實用新型提供了一種增強透射的納米環形近場光學探針，包括：光纖纖芯、納米環形結構、金屬膜及中心增強透射孔；

所述光纖纖芯的錐形針尖的頂端為所述光纖纖芯的端面，在所述光纖纖芯的端面上刻蝕有所述納米環形結構，在所述納米環形結構上鍍有所述金屬膜，所述金屬膜延續所述納米環形結構的環形拓撲結構，所述中心增強透射孔在所述納米環形結構的中心，且貫穿所述金屬膜，在所述納米環形結構的中心刻蝕有圓柱形凹陷。

優選地，所述納米環形結構具有n層，其中，最內層環形結構的內圓半徑為R_{1_in}，外圓半徑為R_{1_out}，所形成的環形凹槽深度為h₁，往外第二層環形結構的內圓半徑為R_{2_in}，外圓半徑為R_{2_out}，所形成的環形凹槽深度為h₂，依次往外第n層內圓半徑為R_{n_in}，外圓半徑為R_{n_out}，所形成的環形凹槽深度為h_n，其中，n為正整數。

優選地，在所述納米環形結構上鍍有m層金屬膜，且從貼近所述光纖纖芯的端面起各層金屬膜的層數分別為1，2，3，...，m，其中，m為正整數。

優選地，所述光纖纖芯的端面直徑d_in為十微米級別，且d_in＞4×R_{n_out}。