锥形光学针制造技术

一种锥形光学针，包括锥形透光针及表面等离子体振子波传递层。锥形透光针具有第一尖端、底部及连接第一尖端与底部的弯曲表面。表面等离子体振子波传递层配置于弯曲表面上且覆盖第一尖端，其中表面等离子体振子波传递层具有弯曲狭缝结构。弯曲狭缝结构包括多个从第一尖端往底部的边缘排列且位于第一尖端与底部的边缘之间的弯曲部分，且这些弯曲部分的延伸方向不同于从第一尖端往底部的边缘的方向。

【技术实现步骤摘要】
锥形光学针
本专利技术是有关于一种光学结构，且特别是有关于一种锥形光学针。
技术介绍
随着科技的发展，材料与元件的尺寸已缩小达到了纳米尺寸，因此把人们带入了新的纳米科技世代。在众多的纳米科技技术发展中，纳米显微术以及操控术一直受到广泛的重视，其技术可以材料的特性进而掌控原子、分子，或分子的排列结构，并进一步创造出应用于人类生活中的新技术，如光刻技术、纳米材料感测技术、微量药物检测、DNA检测等。然而，在光学技术开发中，由于光学透镜受限于阿贝衍射极限(Abbe’sdiffractionlimit)，使得光源尺寸仅能为约数百纳米以上，大大限制了光学技术的发展。另一方面，在光学检测技术中，由于光源与纳米物质的尺寸差距太大，使得光与物质之间的交互作用力效率低，因而造成光学检测的感测度不足，如微弱的拉曼信号。因此，在纳米科技技术的进展之下，研发出稳定的纳米光源为目前热门的研究趋势之。在目前的纳米科技技术发展中，表面等离子体振子(SurfacePlasmon)的研究占有重要的地位。表面等离子体振子是一种存在于金属与介电质接口之间的集体电子气体共振波，此种共振波经由特殊的结构设计可产生电磁场纳米聚焦效应，以形成纳米光源，这种纳米光源具有纳米尺寸，可与同为纳米尺寸的物质产生高效率的交互作用力，进而提高光学检验的感测度与灵敏度达到单一分子等级。在生活层面中，纳米光源技术可应用于检测环境及食物中的污染物如塑化剂、环境荷尔蒙、磷酸盐…等，或着可应用于生物医药领域检测如非染料型的生物标定、抗原检测、DNA合成、药物或生物体筛检及组织检测等。此外，在显微镜领域中，纳米光源技术可结合针尖增强拉曼光谱法(TERS，TipEnhancedRamanSpectroscopy)并应用于原子力显微镜(AFM，AtomicForceMicroscope)中，使得这种仪器同时具备表面增强拉曼散射(SERS，Surface-EnhancedRamanSpectroscopy)的灵敏度与原子力显微镜所提供的超高光谱分辨率。在目前的纳米光源结构发展中，在探针的针状结构前端开口100nm，使得在开口近场处产生纳米尺度光源，然而此种结构的纳米尺度光源其强度会受限于贝特定律(Bethe’stheory)，使得纳米光源的光通量仅有10-5至10-7的光转换效率而降低信噪比。为了保持足够的信噪比例而缩短量测时间或曝光微影的时间，此种结构的孔径实际大小约为50至100nm，这将导致光学分辨率仅能在50至100nm且空间分辨率大于100nm。
技术实现思路
本专利技术提供一种锥形光学针，可借由激发光源而在其尖端处产生纳米光源，以提高分辨率及发光增益，或由尖端处接收光信号，以提高量测分辨率。本专利技术的一实施例提出一种锥形光学针，包括锥形透光针及表面等离子体振子波传递层。锥形透光针具有第一尖端、底部及连接第一尖端与底部的弯曲表面。表面等离子体振子波传递层配置于弯曲表面上且覆盖第一尖端，其中表面等离子体振子波传递层具有弯曲狭缝结构。弯曲狭缝结构包括多个从第一尖端往底部的边缘排列且位于第一尖端与底部的边缘之间的弯曲部分，且这些弯曲部分的延伸方向不同于从第一尖端往底部的边缘的方向。在本专利技术的实施例的锥形光学针中，表面等离子体振子波传递层具有弯曲狭缝结构，以在表面等离子体振子波传递层上诱发出表面等离子体振子波。如此一来，本专利技术的实施例的锥形光学针可使表面等离子体振子波传递至锥形光学针的尖端，且在此尖端处形成纳米聚焦效应以产生出高效率纳米尺寸光源，可以提高分辨率及发光增益。或者，本专利技术的实施例的锥形光学针可以从锥形光学针的尖端接收光信号，以提高量测分辨率。为让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。附图说明图1为本专利技术的一实施例的锥形光学针的侧视图。图2为图1的锥形光学针的剖面图。图3A为图1的锥形光学针的俯视图。图3B与图3C为另一实施例的锥形光学针的俯视图。图4为具有图1的锥形光学针的光源装置的示意图。图5A与图5B分别为径向的线偏振光与线偏振光的横截面示意图。图6A至图6C为本专利技术一实施例的锥形光学针的制作流程图。图7为本专利技术一实施例的锥形光学针的环状结构数与光强度增益比的变化折线图。图8为图4的光源装置的纳米光源光强度增益与距尖端处距离的变化曲线图。附图标记说明：50、50a、50b、50c：锥形光学针75：光源装置100：锥形透光针120：底部200：表面等离子体振子波传递层210：弯曲狭缝结构220：反射层300：激发光源410、420：曲线A：溅镀方向E：参考平面L1、L2：距离LB1：激发光束LB2：纳米尺寸光源K1、K2：偏振方向P：弯曲部分R：边缘S1：弯曲表面S2：外表面T1：第一尖端T2：第二尖端W：半高宽具体实施方式图1为本专利技术的一实施例的锥形光学针的侧视图。图2为图1的锥形光学针的剖面图。请参考图1至图2，在本专利技术的一实施例中，锥形光学针50包括锥形透光针100及表面等离子体振子波传递层200。锥形透光针100具有第一尖端T1、底部120及连接第一尖端T1与底部120的弯曲表面S1。具体而言，本实施例的锥形透光针100是一个圆对称锥形结构，而弯曲表面S1实际上即为锥形透光针100中的锥形表面，此锥形表面可以是类抛物线曲面、圆锥曲面，或是其他圆对称锥形曲面，本实施例以弯曲表面S1为类抛物线曲面为例，如图1所示，但本专利技术不限于此。图3A为图1的锥形光学针的俯视图。图3B与图3C为另一实施例的锥形光学针的俯视图。图4为具有图1的锥形光学针的光源装置的示意图。请同时参考图2至图4，在本实施例中，光源装置75包括锥形光学针50以及用以发出激发光束LB1至锥形光学针50的激发光源300，其中表面等离子体振子波传递层200配置于弯曲表面S1上，具体而言，表面等离子体振子波传递层200覆盖锥形透光针100的第一尖端T1与弯曲表面S1。表面等离子体振子波传递层200具有弯曲狭缝结构210，具体而言，这里所陈述的弯曲狭缝结构210实际上即为缺口，如图2所示。因此在内部的锥形透光针100可借由缺口同时接触表面等离子体振子波传递层200与空气，当激发光源300提供从底部120入射锥形透光针100的径向偏振光时，便会在弯曲狭缝结构210处诱发出表面等离子体振子波，并使表面等离子体振子波在等离子体振子波传递层200的背对锥形透光针100的外表面S2上传递。在本实施例中，锥形透光针100的材料包括二氧化硅，例如是主要成分为二氧化硅的玻璃，而表面等离子体振子波传递层200的材质可为金属，例如是金、银、铝等，这可用于激发光束LB1是可见光光束的时候，这是因为二氧化硅对可见光而言为透光材质。在其他的实施例中，锥形透光针100的材料包括硅，例如其主要成分为硅，而表面等离子体振子波传递层200可为半导体材料所构成，例如是碳化硅，这可用于激发光束LB1是红外光光束的时候，这是因为硅对红外光而言为透光材质，但本专利技术不限于此。此外，在本实施例中，表面等离子体振子波传递层200的厚度大于激发光束LB1可穿透表面等离子体振子波传递层200的穿透深度D，此穿透深度D符合其中λ为激发光束LB1的波长，n″sp为表面等离子体振子波传递层200的折射系数的虚部。而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锥形光学针，其特征在于，包括：锥形透光针，具有第一尖端、底部及连接所述第一尖端与所述底部的弯曲表面；以及表面等离子体振子波传递层，配置于所述弯曲表面上且覆盖所述第一尖端，其中所述表面等离子体振子波传递层具有弯曲狭缝结构，所述弯曲狭缝结构包括多个从所述第一尖端往所述底部的边缘排列且位于所述第一尖端与所述底部的边缘之间的弯曲部分，且所述多个弯曲部分的延伸方向不同于从所述第一尖端往所述底部的边缘的方向。

【技术特征摘要】
2016.12.20 TW 105142127;2016.08.24 US 62/378,6841.一种锥形光学针，其特征在于，包括：锥形透光针，具有第一尖端、底部及连接所述第一尖端与所述底部的弯曲表面；以及表面等离子体振子波传递层，配置于所述弯曲表面上且覆盖所述第一尖端，其中所述表面等离子体振子波传递层具有弯曲狭缝结构，所述弯曲狭缝结构包括多个从所述第一尖端往所述底部的边缘排列且位于所述第一尖端与所述底部的边缘之间的弯曲部分，且所述多个弯曲部分的延伸方向不同于从所述第一尖端往所述底部的边缘的方向。2.根据权利要求1所述的锥形光学针，其特征在于，所述锥形光学针被激发光源驱动，此时所述弯曲狭缝结构处会诱发出表面等离子体振子波，所述多个弯曲部分位于使所述表面等离子体振子波传递层的背对所述锥形透光针的表面处发生表面等离子体振子共振的位置，且所述表面等离子体振子波传递层的背对所述第一尖端的一端处聚焦为纳米尺寸光源。3.根据权利要求2所述的锥形光学针，其特征在于，所述激发光源提供径向线偏振光以驱动所述锥形光学针。4.根据权利要求2所述的锥形光学针，其特征在于，所述激发光源提供线偏振光至所述锥形光学针，以驱动所述锥形光学针，且所述线偏振光的入射方向与所述第一尖端至所述底部中心处的方向彼此不平行。5.根据权利要求1所述的锥形光学针，其特征在于，所述锥形...

【专利技术属性】
技术研发人员：江睿涵，朱仁佑，严大任，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71