專利名稱：一種納米縫隙金屬聚焦透鏡的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬膜上加工狹縫或者環(huán)形縫的聚焦裝置的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及ー種納米縫隙金屬聚焦透鏡的制備方法，該納米縫隙金屬聚焦透鏡具體為納米狹縫介質(zhì)沉積調(diào)制相位的納米金屬聚焦透鏡。
背景技術(shù)：
近年來，基于表面等離子體位相調(diào)制的金屬結(jié)構(gòu)納光子器件設(shè)計(jì)引起人們的極大關(guān)注。通過表面等離子體在金屬狹縫的反對(duì)稱色散特性，表面等離子體在金屬狹縫的傳播常數(shù)由縫隙寬度和縫隙材料的介電常數(shù)決定。現(xiàn)有金屬結(jié)構(gòu)納光子器件設(shè)計(jì)的位相調(diào)制都是通過調(diào)節(jié)金屬膜上狹縫寬度，從而實(shí)現(xiàn)亞波長(zhǎng)尺度下的位相調(diào)制。然而，改變金屬縫隙寬度調(diào)節(jié)位相的能力非常有限。為了實(shí)現(xiàn)周期范圍(O到2π )范圍內(nèi)的位相變化，通常要求金屬狹縫的寬度小于20納米，金屬膜厚度大于200納米?，F(xiàn)有納米加工技術(shù)手段加工高深 寬比(>10 1)的金屬狹縫具有非常大的難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，利用表面等離子體的傳播特性提出ー種納米縫隙金屬聚焦透鏡及制備方法，方便用于光路系統(tǒng)集成的包含納米級(jí)縫隙的金屬透鏡。本發(fā)明解決其技術(shù)所采用的技術(shù)方案ー種納米縫隙金屬聚焦透鏡的制備方法，其特征在于步驟如下步驟(I)、選擇入射光的工作波長(zhǎng)λ，根據(jù)其波長(zhǎng)選擇可以透光的基底材料；步驟(2)、在基底表面蒸鍍厚度為d的金屬膜,入射光垂直于金屬膜上表面入射；步驟(3)、取垂直穿過金屬膜的中心為中軸，假設(shè)中軸與金屬膜上表面相交位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，在金屬膜上表面取過原點(diǎn)的某方向?yàn)閄軸方向，確定X軸正方向，利用納米加工技術(shù)在金屬膜上加工寬度w的多組狹縫或者多組同心環(huán)形縫；步驟(4)、對(duì)于預(yù)定焦點(diǎn)位置f的光聚焦，利用聚焦離子束在狹縫或者環(huán)形縫內(nèi)引導(dǎo)沉積滿足等光程要求的不同介質(zhì)厚度，加工出納米縫隙金屬聚焦透鏡。步驟(4)中的不同介質(zhì)厚度數(shù)據(jù)可以通過下述步驟得到。步驟①、通過公式(I)、(2)、(3)和(4)計(jì)算，可以得到光波金屬膜上狹縫或者環(huán)形縫的沉積介質(zhì)和空氣區(qū)域中的位相延遲Λ φ-和Λ φ3 Γ tanh(扣—2 -klsd w/ 2) =~d プ..............”............................(I)
￡m λ] Pdie -た“rftant^V Pair 1 -kle0w!2) = g°~(2)AcjJdie= β』 (3)
Δ φ air = β air (d-h) (4)其中，k(!是光在自由空間中的波矢，ε m分別是空氣、沉積介質(zhì)和金屬的介電常數(shù)，w為狹縫或者環(huán)形槽的寬度，h為聚焦離子束在狹縫或者環(huán)形縫內(nèi)引導(dǎo)沉積的介質(zhì)厚度，β-和表示光波在狹縫或者環(huán)形槽的沉積介質(zhì)和空氣區(qū)域中的傳播常數(shù)。步驟②、對(duì)于金屬膜上第一個(gè)狹縫或者環(huán)形縫分布位置X1，聚焦離子束引導(dǎo)沉積材料厚度h，位相延遲可由公式(5)得出
權(quán)利要求
1.一種納米縫隙金屬聚焦透鏡的制備方法，其特征在于包括下列步驟 步驟(I)、選擇入射光的工作波長(zhǎng)λ，根據(jù)其波長(zhǎng)選擇可以透光的基底材料； 步驟(2)、在基底表面蒸鍍厚度為d的金屬膜，入射光垂直于金屬膜上表面入射； 步驟(3)、取垂直穿過金屬膜的中心為中軸，假設(shè)中軸與金屬膜上表面相交位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，在金屬膜上表面取過原點(diǎn)的某方向?yàn)閄軸方向，確定X軸正方向，利用納米加工技術(shù)在金屬膜上加工寬度w的多組狹縫或者多組同心環(huán)形縫； 步驟(4)、對(duì)于預(yù)定焦點(diǎn)位置f的光聚焦，利用聚焦離子束在狹縫或者環(huán)形縫內(nèi)引導(dǎo)沉積滿足等光程要求的不同介質(zhì)厚度，加工出一種納米縫隙金屬聚焦透鏡。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種納米縫隙金屬聚焦透鏡的制備方法，其特征在于步驟(4)中的不同介質(zhì)厚度數(shù)據(jù)可以通過下述步驟得到 步驟①、通過公式(I )、(2)、(3)和(4)計(jì)算，得到光波金屬膜上狹縫或者環(huán)形縫的沉積介質(zhì)和空氣區(qū)域中的位相延遲Λ φ-和Λ Φ&:
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種納米縫隙金屬聚焦透鏡的制備方法，其特征在于所述步驟(I)中的可透光的基底材料為硅或二氧化硅。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種納米縫隙金屬聚焦透鏡的制備方法，其特征在于所述步驟(I)中的選取的入射光的偏振模式線偏振或者圓偏振。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種納米縫隙金屬聚焦透鏡的制備方法，其特征在于步驟(2)中的金屬膜的厚度d為200納米到I微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種納米縫隙金屬聚焦透鏡的制備方法，其特征在于步驟 (2)中的金屬膜材料為能夠激發(fā)表面等離子體的金屬金、銀、銅或鋁。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種納米縫隙金屬聚焦透鏡的制備方法，其特征在于步驟(3)中金屬膜上加工結(jié)構(gòu)為等寬度狹縫或者環(huán)形縫。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種納米縫隙金屬聚焦透鏡的制備方法，其特征在于步驟(3)中的狹縫或者環(huán)形縫的寬度w為50納米到400納米。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種納米縫隙金屬聚焦透鏡的制備方法，其特征在于所述步驟(4)中由預(yù)定焦點(diǎn)位置決定滿足(Γ2π范圍的位相延遲。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種納米縫隙金屬聚焦透鏡的制備方法，其特征在于步驟(4)中沉積的介質(zhì)厚度改變量在O d內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種納米縫隙金屬聚焦透鏡的制備方法，其特征在于步驟(4)中選擇易于聚焦離子束引導(dǎo)沉積的材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種納米縫隙金屬聚焦透鏡的制備方法，其特征在于步驟(4 )中選擇易于聚焦離子束弓I導(dǎo)沉積的材料為二氧化硅或硅。
全文摘要
本發(fā)明提供一種納米縫隙金屬聚焦透鏡的制備方法，首先確定入射波長(zhǎng)，選取合適的透光基底材料，基底上再蒸鍍一層金屬膜，讓入射光垂直于金屬膜表面入射；利用納米加工技術(shù)在金屬膜上加工等寬度的狹縫或者環(huán)形縫陣列；對(duì)于預(yù)定焦點(diǎn)位置的光聚焦，計(jì)算光在焦點(diǎn)位置聚焦時(shí)光波在不同位置排布的狹縫或者環(huán)形縫的位相延遲分布，通過聚焦離子束引導(dǎo)沉積特定厚度的介質(zhì)滿足光波在不同位置排布狹縫或者環(huán)形縫的位相延遲要求，使金屬聚焦透鏡實(shí)現(xiàn)對(duì)入射光在預(yù)定焦點(diǎn)位置的聚焦。本發(fā)明根據(jù)預(yù)定的焦點(diǎn)位置來改變金屬聚焦透鏡的狹縫或者環(huán)形縫內(nèi)介質(zhì)厚度沉積以實(shí)現(xiàn)近場(chǎng)或者遠(yuǎn)場(chǎng)光聚焦，同時(shí)其透鏡結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可很方便的用于光路系統(tǒng)集成，具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)G02B3/00GK102862950SQ20121036575
公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月27日
發(fā)明者羅先剛, 趙澤宇, 王長(zhǎng)濤, 王彥欽, 黃成 , 陶興, 楊歡, 劉利芹, 楊磊磊, 蒲明薄 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所