基于嵌套双螺旋面形的圆二色性超透镜结构制造技术

本实用新型专利技术公开了基于嵌套双螺旋面形的圆二色性超透镜结构，包括基底，基底上端固定设置有PMMA支撑层，PMMA支撑层端面设有镀金层，镀金层厚度相同，PMMA支撑层由内螺旋面与外螺旋面构成。本实用新型专利技术的有益效果：在同样的左旋光入射条件下，基于内外嵌套双螺旋面形结构的圆二色性超透镜的焦点强度是基于普通单螺旋面结构的圆二色性超透镜的焦点强度的10倍，本实用新型专利技术可以使光入射时干涉相长产生较大的圆偏振转化，有效提高了有效聚焦能量的占比，提升了聚焦效率。提升了聚焦效率。提升了聚焦效率。

【技术实现步骤摘要】
基于嵌套双螺旋面形的圆二色性超透镜结构


[0001]本技术涉及光学材料
，具体为基于嵌套双螺旋面形的圆二色性超透镜结构。

技术介绍

[0002]电磁波和物质发生相互作用时，主要依赖的是电磁波的相位和偏振的性质。作为电磁波的基本属性之一，偏振在电磁波信号传输和分子探测等领域发挥着重要的作用。利用目标辐射、反射、散射或透射光的偏振特性，偏振成像技术将传统的光学强度成像和偏振技术结合起来，在获取目标空间位置信息和强度信息的基础上，探测目标的偏振信息，大大增加了信息量，可在复杂环境中对目标进行有效识别和检测。因此，偏振成像技术在军事目标识别、生物医学成像与传感、药物分子检测、工农业生产监控及地质勘测等诸多领域中有着广泛的应用，具有巨大的发展潜力，是国内外研究与应用的一个重要方向。
[0003]传统的多光路偏振成像系统是利用多个通道中不同的偏振分析仪来获取线偏振分量和圆偏振分量的强度图，由于光学子系统较多导致整体系统的体积偏大，且子系统之间的器件参数差异会引起偏振测量误差，进而导致系统的灵敏度低。
[0004]基于超表面材料的圆二色性透镜是一种集成圆二色性和透镜功能的新型器件，可以针对不同圆偏振态的入射光选择性的聚焦和成像，超表面材料是由亚波长量级的单元结构根据人工设计排布而成的微纳结构，可得到传统材料所不能实现或需多重元器件组合才能实现的物理现象和功能，与传统材料和器件相比，超材料设计灵活，调控电磁场的能力强，体积小，重量轻，且易于集成。
[0005]目前圆二色性透镜聚焦效率很低，这是由于采用了P
‑
B相位（Pancharatnam
‑
Berry Phase）原理，聚焦能量主要来自于与入射光圆偏振相反的分量（即交叉偏振分量），而通常的结构偏振转化效率偏小，导致在实际工作中难以从背景噪声中提取出有效光信号，限制了圆二色性透镜的应用范围。

技术实现思路

[0006]本技术的目的在于提供基于嵌套双螺旋面形的圆二色性超透镜结构，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0007]为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：基于嵌套双螺旋面形的圆二色性超透镜结构，包括基底，所述基底上端固定设置有PMMA支撑层，所述PMMA支撑层端面设有镀金层，所述镀金层厚度相同，所述PMMA支撑层由内螺旋面与外螺旋面构成。
[0008]优选的，所述镀金层厚度为100
‑
200 nm。
[0009]优选的，所述内螺旋面与所述外螺旋面高度相同，其高度为1400 nm。
[0010]优选的，所述外螺旋面半径为1000nm，所述外螺旋面半径为所述内螺旋面的两倍。
[0011]优选的，所述内螺旋面与所述外螺旋面方位角始终相差的75
°
，所述内螺旋面与所述外螺旋面为整体，且依照所需相位以不同方位角旋转排列。
[0012]优选的，所述内螺旋面与所述外螺旋面为密排形貌阵列。
[0013]优选的，所述基底为二氧化硅基底。
[0014]有益效果
[0015]本技术所提供的基于嵌套双螺旋面形的圆二色性超透镜结构，在同样的左旋光入射条件下，基于内外嵌套双螺旋面形结构的圆二色性超透镜的焦点强度是基于普通单螺旋面结构的圆二色性超透镜的焦点强度的10倍，内外嵌套双螺旋面形结构可以使得光入射时干涉相长产生较大的圆偏振转化，有效提高了有效聚焦能量的占比，从而提升了聚焦效率。
附图说明
[0016]图1为本技术的内外嵌套双螺旋面形结构示意图；
[0017]图2为本技术的内外嵌套的双螺旋面形结构主视示意图；
[0018]图3为本技术中左旋光入射时，单螺旋面结构和内外嵌套双螺旋面形结构的交叉偏振透过率和相位随着总方位角的函数曲线示意图；
[0019]图4为本技术中基于双螺旋面形结构的超透镜的扫描电子显微镜图；
[0020]图5为本技术中基于单螺旋面结构的超透镜和基于内外嵌套的双螺旋面形结构的超透镜分别在左旋光入射时和右旋光入射时的聚焦特性示意图。
[0021]附图标记
[0022]1‑
镀金层，2
‑
PMMA支撑层，3
‑
基底，4
‑
内螺旋面，5
‑
外螺旋面。
具体实施方式
[0023]以下是本技术的具体实施例并结合附图，对本技术的技术方案作进一步的描述，但本技术并不限于这些实施例。
实施例
[0024]如图1
‑
5所示，基于嵌套双螺旋面形的圆二色性超透镜结构，包括基底3，基底3上端固定设置有PMMA支撑层2，PMMA支撑层2端面设有镀金层1，镀金层1厚度相同，PMMA支撑层2由内螺旋面4与外螺旋面5构成。
[0025]优选的，镀金层1厚度为100
‑
200 nm。
[0026]优选的，内螺旋面4与外螺旋面5高度相同，其高度为1400 nm。
[0027]优选的，外螺旋面5半径为1000nm，外螺旋面5半径为内螺旋面4的两倍。
[0028]优选的，内螺旋面4与外螺旋面5方位角始终相差的75
°
，内螺旋面4与外螺旋面5为整体，且依照所需相位以不同方位角旋转排列。
[0029]优选的，内螺旋面4与外螺旋面5为密排形貌阵列。
[0030]优选的，基底3为二氧化硅基底。
[0031]基于嵌套双螺旋面形的圆二色性超透镜的制备方法，包括以下步骤：
[0032]步骤一：将二氧化硅基片依次置于丙酮溶液、酒精溶液中超声10min，除去污垢，再用流动的去离子水清洗，最后用高压氮气吹干；
[0033]步骤二：将清洗干净的二氧化硅基片用胶水粘合在专用的样品支架上，在基片的
正面涂上光刻胶负胶，在基片的反面滴一滴折射率匹配油；
[0034]步骤三：使用三维建模软件设计三维螺旋面结构超透镜，然后导入三维激光直写系统进行直写加工，直写过程中采用脉冲式直写模式；
[0035]步骤四：经三维激光直写系统曝光后，取出样品并放入到异丙醇溶液中浸泡20min进行显影，然后放入到另一份异丙醇溶液中进行清洗，最后使用高压氮气吹干；
[0036]步骤五：采用电子束蒸发技术，选择金作为蒸镀材料，蒸镀厚度设为100
‑
200nm，设备功率为8kW，真空度为1
×
10
‑
4Pa，得到基于内外嵌套的双螺旋面形结构的超透镜。
[0037]当入射光入射至双螺旋面形结构表面时，由于内外嵌套的双螺旋表面的不连续性，入射光可以分解为内外两部分，分别与内螺旋面表面和外螺旋面表面作用，与此同时，这两部分入射光的交叉偏振分量会发生相长干涉，从而提高了交叉偏振转化效率，对此，引入对比试验，对比了内外嵌套的双螺旋面形结构和普通的单螺旋面结构（可认为是双螺旋面形结构在内外螺旋面的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于嵌套双螺旋面形的圆二色性超透镜结构，包括基底（3），其特征在于：所述基底（3）上端固定设置有PMMA支撑层（2），所述PMMA支撑层（2）端面设有镀金层（1），所述镀金层（1）厚度相同，所述PMMA支撑层（2）由内螺旋面（4）与外螺旋面（5）构成。2.根据权利要求1所述的基于嵌套双螺旋面形的圆二色性超透镜结构，其特征在于：所述镀金层（1）厚度为100
‑
200 nm。3.根据权利要求1所述的基于嵌套双螺旋面形的圆二色性超透镜结构，其特征在于：所述内螺旋面（4）与所述外螺旋面（5）高度相同，其高度为1400 nm。4.根据权利要求1所述的基于嵌套双螺旋面形的圆二色性超...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晨乾，王钦华，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：新型
国别省市：