基于金属纳米超表面的亚波长涡旋光束阵列产生方法技术

本发明专利技术提出了一种基于金属纳米超表面的亚波长涡旋光束阵列产生方法，其首先制备出由金属纳米棒阵列构成的特定金属纳米超表面结构，然后通过圆偏振光垂直照射该特定金属纳米超表面结构，由此将圆偏振光转变成亚波长尺度的涡旋波束阵列，本发明专利技术还通过合理设计金属纳米棒的尺寸及排布，制备出可产生亚波长旋涡光束阵列的特定金属纳米超表面结构，相较于其他旋涡光束产生方式，本发明专利技术所用方法具有结构简单、和易于集成、光强分布均匀等优点，并且该方法产生的涡旋光束阵列不仅能够在信息传输与存储中增强信息安全性与容量，在微粒捕获中一次性捕获大量粒子，而且能同时探测不同物体的运动特性，拓展了旋涡光束的应用领域。

Generation of Subwavelength Vortex Beam Array Based on Metal Nano-Supersurface

A method for generating sub-wavelength vortex beam array based on metal nano-supersurface is proposed. Firstly, a specific metal nano-supersurface structure composed of metal nanorod arrays is prepared, and then the metal nano-supersurface structure is vertically irradiated by circularly polarized light, thereby converting the circularly polarized light into a sub-wavelength scale vortex beam array. The size and arrangement of metal nanorods are designed to prepare specific metal nano-super-surface structures capable of generating sub-wavelength vortex beam arrays. Compared with other methods of generating vortex beams, the method of the present invention has the advantages of simple structure, easy integration, uniform distribution of light intensity, and the vortex beam arrays generated by the method can not only be enhanced in information transmission and storage. Information security and capacity can capture a large number of particles at one time in particle capture, and can detect the motion characteristics of different objects at the same time, which expands the application field of vortex beams.

【技术实现步骤摘要】
基于金属纳米超表面的亚波长涡旋光束阵列产生方法
本专利技术涉及微纳光学中新型光场调控领域，具体涉及到一种基于金属纳米超表面的亚波长涡旋光束阵列产生方法。
技术介绍
涡旋光束又称为光学旋涡，是一种具有孤立奇点的光场，其中携带相位奇点的称为相位涡旋光束(OrbitalAngularMomentum，OAM)，相位涡旋光束的波矢量有方位项，且绕着旋涡中心旋转，在光学表达式μ0(r,θ,z)＝μ0(r,z)exp(ilθ)exp(-ikz)中存在相位因子exp(ilθ)，其中，r为距离原点处的位移矢量，μ0表示振幅，θ表示方位角，z表示传播距离，l为它的拓扑荷数，k为波数，大小为λ表示入射光的波长。由于不同的拓扑荷数，每个光子携带的轨道角动量不同。涡旋光束的中心为一个微米级的暗斑，且对微纳粒子操控时无热损耗效应，这使得涡旋光束在微纳操控领域有着广泛的应用，同时涡旋光束对粒子囚禁时，会通过轨道角动量让粒子发生旋转，因此也被称为“光学扳手”。涡旋光束在长距离传输时稳定性强，且理论上具有无限正交状态，同轴传输的不同方位角的涡旋光束之间是相互正交的，光束之间的串扰最小，所以光束可以有效地复用和解复用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于金属纳米超表面的亚波长涡旋光束阵列产生方法，其特征在于，该方法包括，首先制备出由金属纳米棒阵列和石英玻璃基底构成的整体呈长方体形状的特定金属纳米超表面结构，所述金属纳米棒阵列包含n个金属纳米棒，其中，n为正整数且n＞4，所述金属纳米棒周期排布在所述石英玻璃基底的上表面上，以所述金属纳米棒阵列上表面所在平面中任意一点为原点，从该原点出发，所述特定金属纳米超表面结构的长度和宽度方向分别为X轴和Y轴、所述特定金属纳米超表面结构厚度的反方向为Z轴；然后将波长为532nm的圆偏振光从Z＜0的区域垂直照射到所述特定金属纳米超表面结构，所述圆偏振光与任意一个金属纳米棒作用后，其光波相位就附加一个...

【技术特征摘要】
1.一种基于金属纳米超表面的亚波长涡旋光束阵列产生方法，其特征在于，该方法包括，首先制备出由金属纳米棒阵列和石英玻璃基底构成的整体呈长方体形状的特定金属纳米超表面结构，所述金属纳米棒阵列包含n个金属纳米棒，其中，n为正整数且n＞4，所述金属纳米棒周期排布在所述石英玻璃基底的上表面上，以所述金属纳米棒阵列上表面所在平面中任意一点为原点，从该原点出发，所述特定金属纳米超表面结构的长度和宽度方向分别为X轴和Y轴、所述特定金属纳米超表面结构厚度的反方向为Z轴；然后将波长为532nm的圆偏振光从Z＜0的区域垂直照射到所述特定金属纳米超表面结构，所述圆偏振光与任意一个金属纳米棒作用后，其光波相位就附加一个相位因子2θ，其中θ为任意一个金属纳米棒长轴与X轴的夹角，因每一个金属纳米棒的长轴与X轴的夹角θ不同，从Z＝0处的XY平面透射出来的圆偏振光在Z＞0的透射区域的不同位置呈现不同的相位，X和Y轴两个方向上相邻的4个金属纳米棒产生一个涡旋光束，该涡旋光束的直径为180nm，由于金属纳米棒阵列的作用，在Z＞0的透射区域产生光能分布均匀且相位螺旋分布的亚波长尺度的涡旋光束阵列。2.根据权利要求1所述的基于金属纳米超表面的亚波长涡旋光束阵列产生方法，其特征在于，所述特定金属纳米超表面结构的制备方法包括如下步骤：S1)在石英玻璃基底上旋涂光刻胶S11)清洗石英玻璃基底将长方体形状的原始石英玻璃基底放置于浓度为0.5mol/L，温度为35℃～50℃的HCl溶液中，静置10分钟后，将石英玻璃基底放在50℃左右的纯水中浸泡5分钟，取出石英玻璃基底再用50℃左右的纯水进行二次清洗，完成石英玻璃基底的化学清洗；S12)烘干石英玻璃基底将经过步骤S11)处理的石英玻璃基底放置在清洗篮上，并向清洗篮内通入温度为80℃左右的高洁净空气或者氮气，持续10～20分钟，待石英玻璃基底和清洗篮充分干燥后，石英玻璃基底的烘干完成；S13)旋涂光刻胶将经过步骤S12)处理的石英玻璃基底吸附在真空卡盘上，调整真空卡盘转速为500rpm，并向石英玻璃基底上表面中心滴入光刻胶，5秒后，将真空卡盘转速提高到3000～7000rpm，甩胶30秒，形成厚度为140nm的光刻胶涂层；S14)匀胶后软烘石英玻璃基底待光刻胶在石英玻璃基底上表面涂布均匀后，将经过步骤S13)处理的石英玻璃基底放在80℃的真空热板上软烘2～5分钟；S2)电子束曝光得到图形S21)聚焦电子束曝光用加速电压为30KV，光斑尺寸为30nm，曝光剂量为25μc/cm2的电子束矢量曝光机对经过步骤S1)处理后的石英玻璃基底进行曝光，利用预设程序控制电子束矢量曝光机以在石英玻璃基底上表面得到光刻胶纳米棒的棒长均为90nm，棒宽均为30nm，厚度均为140～150nm的光刻胶纳米棒阵列图形，其中光刻胶纳米棒阵列图形中每1行和每1列的光刻胶纳米棒分别与X轴呈45°、-45°夹角间隔排列，且任意两根相邻的...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄小平，孙静泊，张培峰，黄秋莹，周杰，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51