[發明專利]一種等離激元渦旋透鏡及其制作方法和應用

有效

• 申請號: 202210994186.1
• 申請日: 2022-08-18
• 公開（公告）號: CN115267956B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 劉飛飛;王冬逸;張惜月;何瓊;周磊
• 申請（專利權）人: 天津師范大學
• 主分類號: G02B5/00
• 分類號: G02B5/00;G02B27/58
• 代理公司: 天津創智睿誠知識產權代理有限公司 12251
• 代理人: 李玲

1.一種等離激元渦旋透鏡的制作方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：選定入射光源的中心工作波長λ₀以及自旋偏振態σ；選擇合適的金屬材料以及隔離層介質材料，選擇合適的平板基底；

步驟2：在所選的平板基底上依次蒸鍍厚度為d₁的金屬層和厚度為d₂的介質隔離層，得到等離激元金屬板；

步驟3：根據公式(1)所提供的表面等離激元在所述等離激元金屬板中的色散關系，結合步驟1中選定入射光源的工作波長，確定該等離激元金屬板所支持的等離激元的波矢；

式中∈_d表示介質隔離層的介電常數，表示Drude模型描繪的金屬材料的色散關系，其中ε_∞為一常數，ω_p表示金屬的體等離激元頻率,Γ表示金屬的阻尼頻率，c為入射光在真空中的傳播速度；ω＝2πc/λ₀，表示入射光的角頻率；

步驟4：當光源垂直入射到結構表面時，依據步驟3中確定的等離激元的波矢，根據公式(2)確定超表面沿著r方向的位相梯度并由此計算超表面的超周期P_s以及相鄰結構間的最小間距P_r；

式中，表示超表面沿著r方向的位相梯度；n表示超表面中一個超周期所包含的元胞數；

步驟5：在FDTD?Solution軟件中進行參數掃描優化，依據步驟4中所得的超表面的超周期P_s以及相鄰結構間的最小間距P_r，確定結構參數的掃描范圍，并為超表面中每個元胞選擇合適的幾何尺寸；根據等離激元渦旋透鏡工作光源的自旋偏振態σ，選擇元胞的局域轉角；

步驟6：根據透鏡所需的聚焦特性選擇合適的阿基米德幾何螺旋結構，即選擇合適的焦距及幾何拓撲荷數；利用步驟4和步驟5中確定的結構參數，在等離激元金屬板上按照所選阿基米德螺旋環制備納米結構，并最終實現不同聚焦特性的等離激元渦旋透鏡。

2.如權利要求1所述的制作方法，其特征在于：步驟1中，所述金屬材料為金；所述隔離層介質材料和所述基底材料為二氧化硅。

3.如權利要求1所述的制作方法，其特征在于：步驟2中，金屬層厚度d₁和介質隔離層厚度d₂是通過FDTD?Solution軟件進行參數掃描優化后確定的。

4.如權利要求1所述的制作方法，其特征在于：步驟4中，超表面中一個超周期所包含的元胞數n≥2。

5.如權利要求4所述的制作方法，其特征在于：步驟4中，超表面中一個超周期所包含的元胞數n＝3。

6.如權利要求1所述的制作方法，其特征在于：步驟5中，當入射光為左旋圓偏振光時，每一所述元胞的局域轉角ξ₀＝π/4。

7.如權利要求6所述的制作方法，其特征在于：步驟5中，當入射光為右旋圓偏振光時，每一所述元胞的局域轉角ξ₀＝3π/4。

8.如權利要求1所述的制作方法，其特征在于：步驟5中，所述元胞的幾何尺寸是通過FDTD?Solution軟件進行參數掃描優化后確定的。

9.一種等離激元渦旋透鏡，其特征在于，應用權利要求1-7任一項所述的制作方法制作。

10.如權利要求9所述的等離激元渦旋透鏡，其特征在于，所述等離激元渦旋透鏡在結構中心處產生的表面等離激元聚焦光斑的強度分別是納米狹縫透鏡和貝利位相透鏡的150倍和6倍。

11.如權利要求9或10所述的等離激元渦旋透鏡在超分辨成像技術中的應用。