本发明专利技术涉及特殊光场调控技术，具体涉及一种空间任意弯曲光束产生器的结构与制备方法。所述结构为金属矩形块、二氧化硅、金属、二氧化硅的四层结构，所述四层结构的基底层为二氧化硅，基底层上蒸镀金属膜，金属膜上有两条缝隙，金属膜上面蒸镀二氧化硅膜，二氧化硅膜上表面有非周期金属矩形块；本发明专利技术的结构通过甩负胶，曝光、显影、定影，垂直蒸镀金属，垂直蒸镀二氧化硅，除胶，甩正胶，再次曝光、显影、定影，再次垂直蒸镀金属和再次除胶制备得到。本发明专利技术制备结构能够形成空间任意弯曲光束，且本发明专利技术的方法避免了在金属表面刻凹槽，实验设备要求相对低，易于重复使用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于特殊光场调控技术，具体涉及一种空间任意弯曲光束产生器的结构与制备方法。
技术介绍
表面等离极化激元（Surface Plasmon Polaritons, 简记为SPPs）是存在金属与介质表面的一种特殊电磁波，相比其他普通空间电磁波，它在金属表面衰减速度快，传播距离短，波长短，局域光场强，得到广泛应用。近年来随着研究的不断深入，对SPPs的调节与控制备受关注。根据已公开的文献报道，研究者通过在金属层表面制备相位光栅，应用光栅产生金属表面弯曲等离激元束（Minovich A, Klein A E, Janunts N, et al. Generation and near-field imaging of Airy surface plasmons[J]. Physical Review Letters, 2011, 107(11): 116802.）；通过在金属表面制备纳米孔洞阵列，应用孔洞间的布拉格衍射，产生表面弯曲等离激元束（Li L, Li T, Wang S M, et al. Plasmonic Airy beam generated by in-plane diffraction[J]. Physical Review Letters, 2011, 107(12): 126804.）；也有通过在金属表面制备计算机全息相位掩膜光栅，应用光栅产生表面弯曲等离激元束（Epstein I, Arie A. Arbitrary bending plasmonic light waves[J]. Physical Review Letters, 2014, 112(2): 023903.）。这些表面弯曲等离激元束都是由平面波锥形叠加形成的，具有无衍射、自弯曲和自修复等特性，因此在生物传感、光学捕获、左手材料、亚波长光学等方面有着潜在应用价值。但是这些表面弯曲等离激元束都是在金属表面（二维平面）产生的，衰减速度快，传播距离短，不易于控制及应用。近期研究者在金属膜上制备单缝，再在金属表面制备35个非周期凹槽结构，应用单缝激发SPPs，通过金属表面凹槽结构转换为空间艾里光束（Guan C, Ding M, Shi J, et al. Experimental observation and analysis of all-fiber plasmonic double Airy beams[J]. Optics express, 2014, 22(15): 18365-18371.）。艾里光束是一种特殊弯曲光束，它的传播轨迹为抛物线y=cx2，c是常数，它在空间传播距离可达60 μm，相对空间艾里光束，空间任意弯曲光束的光束轨迹更加多样，在更多领域有着更多的潜在应用。且空间艾里光束在制备时需在金属表面制备凹槽结构，需要用到离子束刻蚀（FIB）仪器，实验设备要求高，成本大。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的问题，提供了一种空间任意弯曲光束产生器的结构与制备方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：一种空间任意弯曲光束产生器的结构，所述结构为金属矩形块/二氧化硅/金属/二氧化硅的四层结构，所述四层结构的基底层为二氧化硅，基底层上蒸镀金属膜，金属膜上有两条缝隙，金属膜上面蒸镀二氧化硅膜，二氧化硅膜上表面有非周期金属矩形块，二氧化硅膜的厚度d 为20～100nm，金属矩形块的长度L为 200～400nm，金属矩形块的高度H为40～120nm。优选地，所述结构二氧化硅膜的厚度d为60nm ，金属矩形块的长度L为260nm ，金属矩形块的高度H为80nm。优选地，所述非周期金属矩形块的位置由关系式决定，其中，为空间任意弯曲目标曲线对应的相位函数，为两缝隙激发的SPPs经过金属矩形块后的相位函数；两相邻金属矩形块之间的距离满足函数关系，其中n为金属矩形块级数，x为金属矩形块坐标位置。优选地，所述结构基底层二氧化硅的厚度m 为1.1 mm，折射率n 为1.45。优选地，所述基底上的蒸镀层金属膜的厚度h 为100 nm。优选地，所述两条缝隙的缝宽w 为130 nm，两缝隙的间距c 为 100 nm。优选地，所述非周期金属矩形块至少有10个，其中第一个金属矩形块的宽b 为130 nm，高H为 80 nm；后面金属矩形块的宽L为260nm, 高H 为80 nm。优选地，所述金属为金或银。优选地，所述结构用近场显微镜测量其光场强度分布。一种上述任一种空间任意弯曲光束产生器的结构的制备方法，包括如下步骤：S1：甩负胶：用甩胶机在清洗过的二氧化硅基底上甩500nm厚PMMA负胶，将甩胶后的基底放在150℃的热板上烘3min，再在PMMA负胶上甩20nm厚的导电胶，得到样品1；S2：曝光、显影、定影：将步骤S1所述样品1用电子束曝光系统曝光，然后放入去离子水中清洗，洗掉导电胶，再放入显影液、定影液中各浸泡60s，晾干，得到样品2；S3：垂直蒸镀金属膜：将步骤S2所述样品2放入电子束真空蒸发镀膜机中垂直镀厚度h为100nm的金属膜，得到样品3；S4：垂直蒸镀二氧化硅膜：在步骤S3所述的样品3上垂直镀厚度d为20～100nm的二氧化硅膜；完成镀膜以后，冷却仪器，充氮后取出，得到样品4；S5:除胶：将步骤S4所述样品4浸泡在丙酮溶液浸泡3h，去胶剥离，吹干，得到样品5；S6：甩正胶：用甩胶机在步骤S5所述样品5上再次甩300nm厚PMMA正胶；将甩胶后的样品5放在150℃的热板上烘3min后，然后在所述 PMMA正胶上甩20nm厚的导电胶，得到样品6；S7：再次曝光、显影、定影：用电子束曝光系统在步骤S6所述样品6表面套刻图形，曝光完成后放入去离子水中清洗，洗掉导电胶，然后放入显影液、定影液中各浸泡60s，得到样品7；S8：再次垂直蒸镀金属膜：将步骤S7所述样品7放入电子束真空蒸发镀膜机垂直镀高度H的金属80nm；完成镀膜以后，冷却仪器，充氮气后取出，得到样品8；S9：再次除胶：将步骤S8所述样品8在丙酮溶液浸泡3h，去胶剥离，吹干，即得到本专利技术的空间任意弯曲光束产生器的结构。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1.本专利技术制备的金属矩形块、二氧化硅、金属、二氧化硅四层结构，通过金属膜上的两缝隙激发表面等离极化激元(SPPs),沿金属膜上表面传播，通过特定位置的非周期金属矩形块散射到空间，形成空间任意弯曲光束。2.本专利技术的方法通过在金属膜表面镀厚度为d的二氧化硅膜，避免了在金属表面刻凹槽，实验设备要求相对低，易于重复使用。3.本专利技术结构产生空间任意弯曲光束，光束轨迹多样，应用广，在光学光纤，生物传感，光学捕获等方面有重要应用。附图说明图1是本专利技术的空间任意弯曲光束产生器的结构的主视图。图2是本专利技术的结构用COMSOL数值软件模拟的不同弯曲光束光场强度分布图。图3是弯曲光束（f(y) = -a2y2）在y = 30μm处截面谱线图。图4是本专利技术的制备方法的流程图。图5是本专利技术的结构中非周期金属矩形块位置关系曲线图。金属矩形块位置由关系式决定，其中，为空间任意弯曲目标曲线对应的相位函数，为两缝隙激发的SPPs经过金属矩形块后的相位函数；两相邻金属矩形块之间的距离满足函数关系，其中金属矩形块级数，x为金属矩本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种空间任意弯曲光束产生器的结构，其特征在于：所述结构为金属矩形块、二氧化硅、金属、二氧化硅的四层结构，所述四层结构的基底层为二氧化硅，基底层上蒸镀金属膜，金属膜上有两条缝隙，金属膜上面蒸镀二氧化硅膜，二氧化硅膜上表面有非周期金属矩形块，二氧化硅膜的厚度d 为20～100nm，金属矩形块的长度L为 200～400nm，金属矩形块的高度H为40～120nm。
【技术特征摘要】
1.一种空间任意弯曲光束产生器的结构，其特征在于：所述结构为金属矩形块、二氧化硅、金属、二氧化硅的四层结构，所述四层结构的基底层为二氧化硅，基底层上蒸镀金属膜，金属膜上有两条缝隙，金属膜上面蒸镀二氧化硅膜，二氧化硅膜上表面有非周期金属矩形块，二氧化硅膜的厚度d 为20～100nm，金属矩形块的长度L为 200～400nm，金属矩形块的高度H为40～120nm。2.根据权利要求1所述的空间任意弯曲光束产生器的结构，其特征在于：所述结构二氧化硅膜的厚度d为60nm ，金属矩形块的长度L为260nm ，金属矩形块的高度H为80nm。3.根据权利要求1所述的空间任意弯曲光束产生器的结构，其特征在于：所述非周期金属矩形块的位置由关系式决定，其中，为空间任意弯曲目标曲线对应的相位函数，为两缝隙激发的SPPs经过不同级数金属矩形块后的相位函数；两相邻金属矩形块之间的距离满足函数关系，其中n为金属矩形块级数，x为金属矩形块坐标位置。4.根据权利要求1所述的空间任意弯曲光束产生器的结构，其特征在于：所述结构基底层二氧化硅的厚度m 为1.1 mm，折射率n 为1.45。5.根据权利要求1所述的空间任意弯曲光束产生器的结构，其特征在于：所述基底上的蒸镀层金属膜的厚度h 为100 nm。6.根据权利要求1所述的空间任意弯曲光束产生器的结构，其特征在于：所述两条缝隙的缝宽w 为130 nm，两缝隙的间距c 为 100 nm。7.根据权利要求1所述的空间任意弯曲光束产生器的结构，其特征在于：所述非周期金属矩形块至少有10个，其中第一个金属矩形块的宽b 为130 nm，高H为 80 nm；后面金属矩形块的宽L为260nm, 高H 为80 nm。8.根据权利要求1所述的空间任意弯曲光束产生器的结构，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：张中月，李辉，王刚，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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