本实用新型专利技术提供了一种径向偏振光下的长焦、紧聚焦表面等离激元透镜，包括介质衬底和位于介质衬底上的金属薄膜，在金属薄膜中心蚀刻有一个T型微孔，微孔的周围分布有周期性同心环结构，周期性同心环结构包括带有调制相位功能的同心环沟槽以及外围的同心环沟槽。径向偏振光由底部入射，通过金属-介质-金属型波导结构，从各个方向高效激发Spps，处于中心的T型微孔在增加透射光强的同时，中心孔透射光与散射至自由空间的Spps由于多模干涉形成紧聚焦，调节阶梯型同心环沟槽出口处相位，配合天线效应，通过多光束干涉，可以进一步压缩焦斑，增大焦点的光强，改善透镜聚焦特性，实现径向偏振光激发下的长焦距的亚波长紧聚焦。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术提供了一种径向偏振光下的长焦、紧聚焦表面等离激元透镜，包括介质衬底和位于介质衬底上的金属薄膜，在金属薄膜中心蚀刻有一个T型微孔，微孔的周围分布有周期性同心环结构，周期性同心环结构包括带有调制相位功能的同心环沟槽以及外围的同心环沟槽。径向偏振光由底部入射，通过金属-介质-金属型波导结构，从各个方向高效激发Spps，处于中心的T型微孔在增加透射光强的同时，中心孔透射光与散射至自由空间的Spps由于多模干涉形成紧聚焦，调节阶梯型同心环沟槽出口处相位，配合天线效应，通过多光束干涉，可以进一步压缩焦斑，增大焦点的光强，改善透镜聚焦特性，实现径向偏振光激发下的长焦距的亚波长紧聚焦。【专利说明】一种径向偏振光下的长焦、紧聚焦表面等离激元透镜
本技术涉及纳米光子学领域，尤其涉及的是一种径向偏振光激发下的长焦距、紧聚焦表面等离子体激元透镜。
技术介绍
表面等离子体激元(Surface Plasmon Polaritons, SPPs)是局域在金属表面的一种电磁波模式，是在金属-介质界面上光和金属表面的自由电子相互作用激发并耦合电荷密度起伏的电磁振荡，具有近场增强、表面受限、短波长等特性，在纳米光子学的研究中扮演着重要角色。基于SPPs的各种纳米光子器件被认为是最有希望实现纳米全光集成回路的基础。由于Spps具有短波长特性和很强的表面束缚性，能够被聚焦成一个突破衍射极限的紧聚焦光斑。表面等离子体激元透镜(Plasmonic lens,PL)就是一种能够有效激发和操控SPPs实现紧聚焦的亚波长纳米光器件，在亚波长光学、超分辨成像、纳米光刻、近场成像与探测、纳米粒子操控等领域有着重要的应用。适当的设计等离子体激元透镜结构，可以控制焦斑的尺寸，形状和强度，近年来诸如狭缝-光栅型透镜、同心环型透镜、微孔阵列型透镜等各种等离子体激元透镜结构被提出。 如何实现高能量效率的紧聚焦焦斑是等离子体激元透镜设计面临的关键问题。通常情况下，激发光束为线/圆偏振光时，光束只能在一个方向上激发Spps,效率较低。柱对称矢量光束是振幅和相位都呈轴对称分布的矢量光束，径向偏振光是柱对称矢量光束的一种，由于其偏振方向的特殊性，径向偏振光独特的聚焦特性引起了人们的大量研究。其中，径向偏振光比均匀偏振分布的光可以被聚焦到更小的空间中。在强聚焦下，径向偏振光会产生纵向分量，从而聚焦光斑在三维空间中呈现梭形。由于径向偏振光电场分布的特殊性，可以从各个方向激发Spps，同时增加狭缝数，以增加照射面积，可提高激发效率，如Chen W等人提出的 PL 透镜(Chen ff, Abeysinghe D C，Nelson R L, et al.Plasmonic lens madeof multiple concentric metallic rings under radially polarized illuminat1n.Nano letters, 2009，9(12):4320-4325.)，入射光在同心狭缝形成的M-1-M结构中激发Spps，并在透镜表面传播，在透镜中心形成极值，但是由于其强度主要集中在透镜表面，其应用范围也受到大大限制。Ruobing Peng等人在这一结构基础上增加环形狭缝和同心的沟槽，将激发的Spps散射到自由空间，通过干涉形成聚焦，实现了一种超长焦深，高分辨率透镜，其焦距为 2.1 λ。，半高宽(FWHM)为 0.44 λ。，焦深为 2.65 λ。(Peng R，Li X，Zhao Z, etal.Super-Resolut1n Long-Depth Focusing by Radially Polarized Light Irradiat1nThrough Plasmonic Lens in Optical Meso_field.Plasmonics，2013:1-6.)。 径向偏振光能更高效的激发SPP获得更佳的场局域增强效应，进一步优化SPP透镜生成突破衍射极限的高质量焦场，同时能够灵活调节焦距、焦深以及有效抑制旁瓣，在纳米光刻、共聚焦显微、光数据存储、光镊技术等领域有着重要的应用前景(Dorn R, QuabisS，Leuchs G.Sharper focus for a radially polarized light beam.Physicalreview letters, 2003, 91 (23): 233901.Min C，Shen Z，Shen J，et al.Focused plasmonictrapping of metallic particles.Nature communicat1ns, 2013，4.)。
技术实现思路
本技术的目的在于提出一种新型表面等离子体激元透镜结构，在径向偏振光激发下，突破衍射极限，实现长焦距亚波长紧聚焦。 本技术采用的技术方案: —种径向偏振光下的长焦、紧聚焦表面等离激元透镜，包括介质衬底和位于介质衬底上的金属薄膜，在金属薄膜中心蚀刻有一个T型微孔，微孔的周围分布有周期性同心环结构，所述周期性同心环结构包括带有调制相位功能的同心环沟槽以及外围的同心环沟槽。 进一步地，所述带有调制相位功能的同心环沟槽为阶梯型。 所述介质衬底为入射端,金属薄膜为出射端。 所述周期性同心环结构尺寸与工作波长具有相同量级，但小于工作波长。 优选地，所述带有调制相位功能的同心环沟槽数量为2个，所述外围的同心环沟槽数量为5个。 本技术是一种新颖的径向偏振光激发下的长焦距、紧聚焦表面等离子体激元透镜。径向偏振光由底部入射，利用同心环形成的金属-介质-金属型波导，从各个方向高效激发表面等离子体激元，处于中心的T型微孔增加透射光强的同时，中心孔透射光与散射至自由空间的Spps由于多模干涉形成亚波长量级紧聚焦光斑。通过设计阶梯型同心环沟槽以及多级同心环，调节表面等离子体激元传播常数，从而达到调制光场相位的目的，配合天线效应，通过多光束干涉，可以进一步压缩焦斑，增大焦点的光强，改善透镜聚焦特性，进而实现高能量效率的长焦距亚波长紧聚焦。通过结构参数包括结构单元的长度和宽度，阶梯结构深度、宽度或渐变规律，可以实现对表面等离子体激元相位的调制，进而实现对聚焦性能的调制。本技术的表面等离子体透镜结构紧凑，便于加工，易于高质量制备，在微纳光刻、光学微操作、以及集成光器件等领域有较好的应用前景。 【专利附图】【附图说明】 图1 (a)和(b)为径向偏振光激发下的长焦距、紧聚焦表面等离子体激元透镜剖面视图与俯视图。 图2为表面等离子体激元透镜yz平面视图；图中有介质衬底1、金属薄膜2、中心蚀刻的T型微孔3、带有调制相位功能的、配有阶梯反射结构的阶梯型同心环沟槽4与多级同心环5。 图3为径向偏振光激发下表面等离子体激元透镜光场分布； 图4为等离子体激元透聚焦特性，即半高宽(FWHM)，焦深(DOF)与焦距⑴。 【具体实施方式】 下面结合附图，对本技术的实施例作详细说明。 具体计算过程I =Bessel-Gaussian型矢量光束表达式 对于一个在自由空间中沿Z方向传播的单色的矢量光束,其电场矢量E在柱坐标下本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种径向偏振光下的长焦、紧聚焦表面等离激元透镜，包括介质衬底和位于介质衬底上的金属薄膜，其特征在于，在金属薄膜中心蚀刻有一个T型微孔，微孔的周围分布有周期性同心环结构，所述周期性同心环结构包括带有调制相位功能的同心环沟槽以及外围的同心环沟槽。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陆云清，呼斯楞，陆懿，许吉，王瑾，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32
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