[發(fā)明專利]一種等離激元渦旋透鏡及其制作方法和應(yīng)用有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202210994186.1 | 申請日： | 2022-08-18 |
| 公開（公告）號： | CN115267956B | 公開（公告）日： | 2023-05-12 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 劉飛飛;王冬逸;張惜月;何瓊;周磊 | 申請（專利權(quán)）人： | 天津師范大學(xué) |
| 主分類號： | G02B5/00 | 分類號： | G02B5/00;G02B27/58 |
| 代理公司： | 天津創(chuàng)智睿誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12251 | 代理人： | 李玲 |
| 地址： | 300387 *** | 國省代碼： | 天津;12 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 離激元 渦旋 透鏡 及其 制作方法 應(yīng)用 | ||
本發(fā)明公開了一種等離激元渦旋透鏡及其制作方法和應(yīng)用。在其制作方法過程中，同時考慮了等離激元渦旋透鏡局域偏振分布以及全局位相分布，極大的調(diào)高了等離激元渦旋透鏡的工作效率。本發(fā)明制作的等離激元渦旋透鏡，在結(jié)構(gòu)中心處產(chǎn)生的SPPs聚焦光斑的強(qiáng)度分別是納米狹縫透鏡和貝利位相透鏡的近150倍和6倍。同時其聚焦光斑大小的測試結(jié)果與理論計(jì)算及數(shù)值模擬結(jié)果具有很好的一致性，實(shí)現(xiàn)了超分辨的聚焦。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及超分辨成像技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種等離激元渦旋透鏡及其制作方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)
表面等離激元(SPPs)是一種表面?zhèn)鬏敳ǎ怯晌挥诮饘?介質(zhì)界面上的自由電子與入射電磁波的耦合及集體振蕩所產(chǎn)生的。SPPs具有許多奇異的光學(xué)特性，例如對外界環(huán)境折射率具有很高的響應(yīng)靈敏度，具有極強(qiáng)的局部場增強(qiáng)和亞波長限制能力以及能夠突破傳統(tǒng)光學(xué)的衍射極限等，因此，被廣泛的應(yīng)用于生物、化學(xué)傳感器、表面增強(qiáng)拉曼散射、表面增強(qiáng)熒光以及等離激元微納激光器等方面。
近年來，隨著微納加工技術(shù)的發(fā)展，表面等離激元的聚焦并攜帶一定的渦旋相位，即等離激元渦旋透鏡，引起了學(xué)術(shù)界極大的研究興趣。這是因?yàn)榈入x激元渦旋透鏡不僅可以產(chǎn)生超分辨的聚焦光斑，同時會聚的光斑還具有了一定的光學(xué)軌道角動量。這些特性使得等離激元渦旋透鏡在微納光子領(lǐng)域具有十分重要的應(yīng)用價值，可被應(yīng)用于納米粒子的捕獲、旋轉(zhuǎn)、超分辨率成像以及數(shù)據(jù)存儲等方面。到目前為止，研究者通過在連續(xù)金屬膜上制備不同的納米結(jié)構(gòu)，如納米環(huán)、手性狹縫、阿基米德螺旋線以及超表面螺旋結(jié)構(gòu)等，實(shí)現(xiàn)了不同波前及偏振特性的等離激元渦旋透鏡。然而，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的等離激元渦旋透鏡絕大部分還面臨著一些不可忽視的問題：如，(1)當(dāng)入射光垂直照射到透鏡表面時，由于自由空間傳輸波與表面波間的波矢不匹配，等離激元渦旋透鏡由傳輸波轉(zhuǎn)變?yōu)楸砻娌ǖ男时容^低。(2)當(dāng)傳輸波轉(zhuǎn)換為表面波后，連續(xù)金膜上的納米結(jié)構(gòu)可被視為一個平面偶極子，由偶極子輻射出的表面波方向性比較差，因此，最終能夠傳播到透鏡焦點(diǎn)處的SPPs能量就比較低。(3)等離激元渦旋透鏡通常選用不同手性的圓偏振光作為入射光源，而圓偏光中只有與SPPs傳播方向一致的偏振分量對SPPs的傳播具有貢獻(xiàn)，因此(2)和(3)使得透鏡對表面波的產(chǎn)生及整體的利用率較低。總之，上述問題使得等離激元渦旋透鏡的工作效率很低，這在一定程度上就限制了透鏡在實(shí)際中的應(yīng)用價值。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中由于對表面波的產(chǎn)生及整體利用率較低而導(dǎo)致的等離激元渦旋透鏡的工作效率較低的技術(shù)缺陷，而提供一種高效率等離激元渦旋透鏡。
本發(fā)明的另一個目的，是提供上述高效率等離激元渦旋透鏡的制作方法。
本發(fā)明的另一個目的，是提供上述高效率等離激元渦旋透鏡在超分辨成像技術(shù)中的應(yīng)用。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的所采用的技術(shù)方案是：
一種等離激元渦旋透鏡的制作方法，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(tài)σ；選擇合適的金屬材料以及隔離層介質(zhì)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(zhì)隔離層，得到等離激元金屬板；
步驟3：根據(jù)公式(1)計(jì)算SPPs在“等離激元金屬板”中的色散關(guān)系，依據(jù)步驟1中選定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(zhì)隔離層的介電常數(shù)，表示Drude模型描繪的金屬材料的色散關(guān)系，其中ε∞為一常數(shù)，ωp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，為入射光的角頻率；
該專利技術(shù)資料僅供研究查看技術(shù)是否侵權(quán)等信息，商用須獲得專利權(quán)人授權(quán)。該專利全部權(quán)利屬于天津師范大學(xué)，未經(jīng)天津師范大學(xué)許可，擅自商用是侵權(quán)行為。如果您想購買此專利、獲得商業(yè)授權(quán)和技術(shù)合作，請聯(lián)系【客服】
本文鏈接：http://www.szxzyx.cn/pat/books/202210994186.1/2.html，轉(zhuǎn)載請聲明來源鉆瓜專利網(wǎng)。
