实现近场纳米聚焦的飞秒激光时间整形脉冲主动调控方法技术

本发明专利技术涉及一种实现近场纳米聚焦的飞秒激光时间整形脉冲主动调控方法。解决了激光共聚焦分辨率不足，STED对荧光材料依赖，以及表面等离子体的纳米聚焦的调控灵活性差等问题。首先，通过处理获得石墨烯改性复合纳米球材料；其次，利用飞秒激光时间整形光学系统将飞秒激光单脉冲分解为一系列时域上彼此分开的飞秒激光脉冲列；最后，采用获得的飞秒激光脉冲列对石墨烯改性复合纳米球材料进行照射，在石墨烯改性复合纳米球材料和目标材料接触面区域发生局域化近场增强效应。该方法无需考虑石墨烯改性复合纳米球的结构和尺寸参数，只需通过调控飞秒激光时间整形脉冲中多脉冲的时间和偏振组合以及能量分配便可以实现对近场纳米聚焦过程的主动调控。

Active control of femtosecond laser time shaping pulses for near-field nanofocusing

The invention relates to an active control method of femtosecond laser time shaping pulse for realizing near-field nano-focusing. The problems of insufficient resolution of laser confocal, dependence of STED on fluorescent materials, and poor flexibility of nano-focusing of surface plasmas are solved. Firstly, graphene-modified composite nanospheres were obtained by treatment; secondly, femtosecond laser single pulse was decomposed into a series of femtosecond laser pulses separated from each other in time domain by femtosecond laser time shaping optical system; finally, graphene-modified composite nanospheres were irradiated by the obtained femtosecond laser pulses, and graphene-modified composite nanospheres and materials were prepared by graphene-modified composite nanospheres. Localized near-field enhancement occurs in the contact area of the target material. This method does not need to consider the structure and size parameters of graphene modified composite nanospheres. Active control of near-field nanofocusing process can be achieved by adjusting the combination of time and polarization of multiple pulses and energy distribution in femtosecond laser time shaping pulses.

【技术实现步骤摘要】
实现近场纳米聚焦的飞秒激光时间整形脉冲主动调控方法
本专利技术属于近场光学领域，具体涉及一种实现近场纳米聚焦的飞秒激光时间整形脉冲主动调控方法。
技术介绍
光学纳米聚焦在物理、化学及生物医学等显微、探测、纳米制造等领域具有诸多潜在的应用价值，如空间高分辨成像，纳米光刻，光热治疗，表面增强拉曼光谱，单分子探测等等，近年来成为人们研究的热点。现有的光学纳米聚焦技术包括激光共聚焦，受激发射损耗(STED)聚焦和表面等离子体纳米聚焦(SP)等。现有技术虽然已经在理论和工程应用上得到了长足发展，但是或多或少存在不少缺陷。激光共聚焦是从一个点光源发射的探测光通过透镜聚焦到被观测物体上，如果物体恰在焦点上，那么反射光通过原透镜应当汇聚回到光源。通过移动透镜系统可以对物体进行扫描，从而实现分辨率100nm左右的高分辨纳米成像。但是，对于大分子、纳米颗粒等纳米尺寸(特征尺寸<50nm)的物体进行成像时，该技术无法满足分辨率要求。受激发射损耗(STED)通过引入一束损耗光以受激发射的方式减小有效荧光的发光面积，可以实现超衍射极限的空间分辨率，STED主要应用在纳米成像、微细结构光刻、超高密度存储等本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实现近场纳米聚焦的飞秒激光时间整形脉冲主动调控方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、石墨烯改性复合纳米球材料；在电介质纳米球表面蒸镀贵金属膜，并在贵金属膜外层生长石墨烯，获得石墨烯改性复合纳米球材料；S2、获得时间整形的飞秒激光脉冲；利用光学元件搭建的飞秒激光时间整形光学系统将飞秒激光单脉冲分解为一系列时域上彼此分开的飞秒激光脉冲列；S3、采用步骤S2获得的飞秒激光脉冲列对步骤S1制备的石墨烯改性复合纳米球材料进行照射，在石墨烯改性复合纳米球材料和目标材料接触面区域发生局域化近场增强效应。

【技术特征摘要】
1.一种实现近场纳米聚焦的飞秒激光时间整形脉冲主动调控方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、石墨烯改性复合纳米球材料；在电介质纳米球表面蒸镀贵金属膜，并在贵金属膜外层生长石墨烯，获得石墨烯改性复合纳米球材料；S2、获得时间整形的飞秒激光脉冲；利用光学元件搭建的飞秒激光时间整形光学系统将飞秒激光单脉冲分解为一系列时域上彼此分开的飞秒激光脉冲列；S3、采用步骤S2获得的飞秒激光脉冲列对步骤S1制备的石墨烯改性复合纳米球材料进行照射，在石墨烯改性复合纳米球材料和目标材料接触面区域发生局域化近场增强效应。2.根据权利要求1所述的实现近场纳米聚焦的飞秒激光时间整形脉冲主动调控方法，其特征在于：通过调整步骤S2中的光学元件，获得脉冲间隔、能量参数重新分配的多脉冲列。3.根据权利要求2所述的实现近场纳米聚焦的飞秒激光时间整形脉冲主动调控方法，其特征在于：步骤S1中还通过参杂，加静电方法改变石墨烯的费米能。4.根据权利要求3所述的实现近场纳米聚焦的飞秒激光时间整形脉冲主动调控方法，其特征在于：步骤S1中，通过电子束蒸镀在电介质纳米球表面涂覆贵金属薄膜，形成复合纳米材料；通过如下步骤在复合纳米材料表面生长石墨烯：S101、制备氧化石墨烯；S102、将氧化石墨烯滴加至复合纳米材料中；S103、采用水合肼法和碳化法还原制得了石墨烯改性复合纳米材料。5.根据权利要求4所述的实现近场纳米聚焦的飞秒激光时间整形脉冲主动调控方法，其特征在于：所述电介质纳米球为二氧化硅或禁带宽度大于2eV的材料；所述贵金属为金或银。6.根据权利要求5所述的实现近场纳米聚焦的飞秒激光时间整形脉冲主动调控方法，其特征在于：石墨烯的生长层数大于1小于10，电介质纳米球的半径为35nm～65nm；贵金属膜的厚度介于10nm～25nm之间。7.根据权利要求1所述的实现近场纳米聚焦的飞秒激光时间整形脉冲主动调控方法，其特征在于：步骤S2中，所述飞秒激光时间整形光学系统包括沿光路依次设置的n个光学单元；每个光学单元均包括第一半透半反镜(4)、第二半透半反镜(5)及位于第一半透半反镜(4)反射和/或透射光路中的光学延长线(6)；所述光学延长线(6)对反射和/或透射脉冲光束的时间间隔、偏振态和能量进行调控，所述第二半透半反镜(5)将经过光学延长线(6)调...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜广庆，陈烽，樊焕荣，杨青，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61