一種納米縫隙金屬聚焦透鏡的制備方法技術

本發明專利技術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，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；利用納米加工技術在金屬膜上加工等寬度的狹縫或者環形縫陣列；對于預定焦點位置的光聚焦，計算光在焦點位置聚焦時光波在不同位置排布的狹縫或者環形縫的位相延遲分布，通過聚焦離子束引導沉積特定厚度的介質滿足光波在不同位置排布狹縫或者環形縫的位相延遲要求，使金屬聚焦透鏡實現對入射光在預定焦點位置的聚焦。本發明專利技術根據預定的焦點位置來改變金屬聚焦透鏡的狹縫或者環形縫內介質厚度沉積以實現近場或者遠場光聚焦，同時其透鏡結構簡單，可很方便的用于光路系統集成，具有廣闊的應用前景。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及金屬膜上加工狹縫或者環形縫的聚焦裝置的
，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沉積調制相位的納米金屬聚焦透鏡。
技術介紹
近年來，基于表面等離子體位相調制的金屬結構納光子器件設計引起人們的極大關注。通過表面等離子體在金屬狹縫的反對稱色散特性，表面等離子體在金屬狹縫的傳播常數由縫隙寬度和縫隙材料的介電常數決定。現有金屬結構納光子器件設計的位相調制都是通過調節金屬膜上狹縫寬度，從而實現亞波長尺度下的位相調制。然而，改變金屬縫隙寬度調節位相的能力非常有限。為了實現周期范圍(O到2π )范圍內的位相變化，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有納米加工技術手段加工高深 寬比(>10 1)的金屬狹縫具有非常大的難度。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是克服現有技術的不足，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，方便用于光路系統集成的包含納米級縫隙的金屬透鏡。本專利技術解決其技術所采用的技術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λ，根據其波長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，假設中軸與金屬膜上表面相交位置為坐標原點，在金屬膜上表面取過原點的某方向為X軸方向，確定X軸正方向，利用納米加工技術在金屬膜上加工寬度w的多組狹縫或者多組同心環形縫；步驟(4)、對于預定焦點位置f的光聚焦，利用聚焦離子束在狹縫或者環形縫內引導沉積滿足等光程要求的不同介質厚度，加工出納米縫隙金屬聚焦透鏡。步驟(4)中的不同介質厚度數據可以通過下述步驟得到。步驟①、通過公式(I)、(2)、(3)和(4)計算，可以得到光波金屬膜上狹縫或者環形縫的沉積介質和空氣區域中的位相延遲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、沉積介質和金屬的介電常數，w為狹縫或者環形槽的寬度，h為聚焦離子束在狹縫或者環形縫內引導沉積的介質厚度，β-和表示光波在狹縫或者環形槽的沉積介質和空氣區域中的傳播常數。步驟②、對于金屬膜上第一個狹縫或者環形縫分布位置X1，聚焦離子束引導沉積材料厚度h，位相延遲可由公式(5)得出權利要求1.，其特征在于包括下列步驟 步驟(I)、選擇入射光的工作波長λ，根據其波長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，假設中軸與金屬膜上表面相交位置為坐標原點，在金屬膜上表面取過原點的某方向為X軸方向，確定X軸正方向，利用納米加工技術在金屬膜上加工寬度w的多組狹縫或者多組同心環形縫； 步驟(4)、對于預定焦點位置f的光聚焦，利用聚焦離子束在狹縫或者環形縫內引導沉積滿足等光程要求的不同介質厚度，加工出一種納米縫隙金屬聚焦透鏡。2.根據權利要求I所述的，其特征在于步驟(4)中的不同介質厚度數據可以通過下述步驟得到 步驟①、通過公式(I )、(2)、(3)和(4)計算，得到光波金屬膜上狹縫或者環形縫的沉積介質和空氣區域中的位相延遲Λ φ-和Λ Φ&:3.根據權利要求I所述的，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.根據權利要求I所述的，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.根據權利要求I所述的，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.根據權利要求I所述的，其特征在于步驟 (2)中的金屬膜材料為能夠激發表面等離子體的金屬金、銀、銅或鋁。7.根據權利要求I所述的，其特征在于步驟(3)中金屬膜上加工結構為等寬度狹縫或者環形縫。8.根據權利要求I所述的，其特征在于步驟(3)中的狹縫或者環形縫的寬度w為50納米到400納米。9.根據權利要求2所述的，其特征在于所述步驟(4)中由預定焦點位置決定滿足(Γ2π范圍的位相延遲。10.根據權利要求I所述的，其特征在于步驟(4)中沉積的介質厚度改變量在O d內。11.根據權利要求I所述的，其特征在于步驟(4)中選擇易于聚焦離子束引導沉積的材料。12.根據權利要求8所述的，其特征在于步驟(4 )中選擇易于聚焦離子束弓I導沉積的材料為二氧化硅或硅。全文摘要本專利技術提供，首先確定入射波長，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；利用納米加工技術在金屬膜上加工等寬度的狹縫或者環形縫陣列；對于預定焦點位置的光聚焦，計算光在焦點位置聚焦時光波在不同位置排布的狹縫或者環形縫的位相延遲分布，通過聚焦離子束引導沉積特定厚度的介質滿足光波在不同位置排布狹縫或者環形縫的位相延遲要求，使金屬聚焦透鏡實現對入射光在預定焦點位置的聚焦。本專利技術根據預定的焦點位置來改變金屬聚焦透鏡的狹縫或者環形縫內介質厚度沉積以實現近場或者遠場光聚焦，同時其透鏡結構簡單，可很方便的用于光路系統集成，具有廣闊的應用前景。文檔編號G02B3/00GK102862950SQ20121036575公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月27日 優先權日2012年9月27日專利技術者羅先剛, 趙澤宇, 王長濤, 王彥欽, 黃成 , 陶興, 楊歡, 劉利芹, 楊磊磊, 蒲明薄 申請人:中國科學院光電技術研究所本文檔來自技高網...

【技術保護點】
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（1）、選擇入射光的工作波長λ，根據其波長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，假設中軸與金屬膜上表面相交位置為坐標原點，在金屬膜上表面取過原點的某方向為x軸方向，確定x軸正方向，利用納米加工技術在金屬膜上加工寬度w的多組狹縫或者多組同心環形縫；步驟（4）、對于預定焦點位置f的光聚焦，利用聚焦離子束在狹縫或者環形縫內引導沉積滿足等光程要求的不同介質厚度，加工出一種納米縫隙金屬聚焦透鏡。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：羅先剛，趙澤宇，王長濤，王彥欽，黃成，陶興，楊歡，劉利芹，楊磊磊，蒲明薄，
申請(專利權)人：中國科學院光電技術研究所，
類型：發明
國別省市：