本发明专利技术公开了一种新型等离子体透镜，包括石英基片和生长在所述石英基片上的金膜，所述金膜包括两组圆心重叠有半径差的半圆环狭缝，两组所述半圆环狭缝分别在圆心的两侧对称分布。本发明专利技术还公开了制备所述新型等离子体透镜的方法以及利用所述新型等离子体透镜激发太赫兹SPPs并聚焦增强的方法。本发明专利技术结构简单，通过相长干涉实现了对太赫兹SPPs的聚焦增强。通过相长干涉实现了对太赫兹SPPs的聚焦增强。通过相长干涉实现了对太赫兹SPPs的聚焦增强。
【技术实现步骤摘要】
一种新型等离子体透镜及其制备方法
[0001]本专利技术属于太赫兹SPPs(Surface Plasmon Polaritons，表面等离极化激元)
，特别涉及一种新型等离子体透镜及其制备方法，该新型等离子体透镜能激发太赫兹SPPs并聚焦增强。
技术介绍
[0002]近几十年，得益于光电科学技术的发展，介于微波和红外波段之间的太赫兹波逐渐走入人们的视线，太赫兹波因其本身的优良特性而得到研究人员们的青睐，迎来了快速的发展。此外，由于亚波长尺寸金属结构的几何形状能够对电磁波产生非凡响应，在金属与介质分界面产生SPPs，SPPs被限制在垂直于界面的方向上，具有比入射波更短的波长并且在近场中具有很强的局域电磁场增强，这些独特的光学和物理性质使SPPs得到了广泛研究。对作为一门新兴科学的太赫兹科学来说，在太赫兹波段去研究SPPs能够推进太赫兹科学的发展和应用，对开发太赫兹元器件(如光导传输线、波导、偏光器、滤光器、光子晶体和等离子体晶体等)和太赫兹系统小型化具有重要意义。
[0003]有研究人员提出可通过在金属平板中构造亚波长方孔阵列的方式激发太赫兹波段的SPPs，为表面等离激元光学打开了通往太赫兹波段的新前景。因为SPPs在传播方向的场强逐渐衰弱，在金属表面的损耗较大，所以需要聚焦增强太赫兹SPPs的场强。传统的圆环型等离子体透镜，要求径向偏振光照射时，并且入射光束的中心要与圆环中心严格对齐，这个条件在实际实验时很难实现，会大大限制金属薄膜中的圆环结构的实用性。
技术实现思路
[0004]针对上述现有技术存在的问题和不足，本专利技术的目的是提供一种能激发太赫兹SPPs并聚焦增强的新型等离子体透镜，通过相长干涉，实现对太赫兹SPPs的聚焦增强。
[0005]技术方案
[0006]为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的第一种技术方案为一种新型等离子体透镜，包括石英基片和生长在所述石英基片上的金膜，所述金膜包括两组圆心重叠有半径差的半圆环狭缝，两组所述半圆环狭缝分别在圆心的两侧对称分布。
[0007]进一步的，所述石英基片的厚度为500μm，所述金膜的厚度为200nm。
[0008]进一步的，两组所述半圆环狭缝的宽度均为150μm，同侧半圆环狭缝组的半径差为440μm，不同侧对称的两个半圆环狭缝之间的半径差为220μm。
[0009]本专利技术采用的第二种技术方案为一种制备如上所述新型等离子体透镜的方法，包括以下步骤：
[0010](1)清洗石英基片；
[0011](2)在所述石英基片上涂覆光刻胶LOR
‑
10B并烘干；
[0012](3)在所述光刻胶LOR
‑
10B上涂覆光刻胶AZ1500并烘干；
[0013](4)对所述光刻胶LOR
‑
10B和光刻胶AZ1500进行曝光并显影；
[0014](5)在所述光刻胶AZ1500和露出的石英基片上蒸镀一层金属薄膜；
[0015](6)将蒸镀完金属薄膜的石英基片进行剥离，完成器件的制备。
[0016]本专利技术采用的第三种技术方案为一种利用如上所述新型等离子体透镜激发太赫兹SPPs并聚焦增强的方法，使用线偏振的太赫兹波照射新型等离子体透镜，太赫兹波的偏振方向垂直于大小半圆环组的分界线。
[0017]有益效果
[0018]本专利技术的新型等离子体透镜结构简单新颖，实现了在太赫兹波段激发SPPs并对其进行聚焦增强，并在圆心处形成了一个亚波长尺寸的聚焦光斑，其中焦斑的纵向电场强度峰值约为次极大聚焦场峰值的2
‑
4倍。
附图说明
[0019]图1为新型等离子体透镜的结构示意图；
[0020]图2为新型等离子体透镜的在0.68THz时的频域振幅图像。
具体实施方式
[0021]下面结合附图和具体实施例进一步阐明本专利技术，但是，应当理解为这些实施例仅仅用于更详细具体地说明本专利技术，而不应理解为用于以任何形式限制本专利技术。在阅读了本专利技术后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
[0022]一、新型等离子体透镜的设计
[0023]为设计太赫兹等离极化激元器件，研究了等离极化激元的各种结构，但是传统意义的等离极化激元都是在光波段，所以为了设计出太赫兹波段的等离子体透镜，先用基于时域积分算法的电磁场仿真软件进行大量模拟仿真，先仿真找出只有一个半圆环狭缝的最佳具体参数，然后选择其中增强效果最好的频率0.68THz，再以该频率电磁波的二分之一波长为差值，计算出小圆环狭缝的半径。仿真时先找出的单个半圆环的半径为900μm，计算出的小圆环狭缝半径为680μm，做出结构实验后发现聚焦增强效果一般，所以打算进行优化，于是在此单环基础上，在内外各加了一个半径差为440μm的半圆环狭缝，440μm正好对应0.68THz电磁波的一个波长，最后得到最终的结构。如图1所示，石英基片1，厚度d＝500μm，边长L＝10mm；金属层(钛/金)2，其中粘附层钛的厚度为10nm，金膜厚度h＝200nm；半圆环狭缝组3，其中大半圆环组内环半径R1＝460μm，小半圆环组内环半径R2＝240μm，同侧半圆环狭缝半径按440μm差值递增，线宽W＝150μm。
[0024]二、新型等离子体透镜加工制作
[0025]按照电磁场仿真软件确定的器件具体参数如图1所示，画出掩膜板文件。接着样品制作的具体步骤过程如下：
[0026](1)清洗石英基片
[0027]首先丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗大小为10mm
×
10mm,厚度为500μm的石英基片，然后用气枪吹干并放在烘台上加热以去除基片上附着的水。
[0028](2)旋涂两层光刻胶
[0029]在所述石英基片上，依次甩两层光刻胶LOR
‑
10B与AZ1500，先甩下层光刻胶LOR
‑
10B，设置匀胶机预转速600rpm，稳定转速4000rpm，时间分别为6s和40s，匀胶结束后放在烘台上以150℃加热5分钟。然后以相同的匀胶机参数旋涂第二层光刻胶AZ1500，匀胶结束后放在烘台上以100℃加热2分钟。
[0030](3)曝光与显影
[0031]将涂好光刻胶的石英基片放入激光直写光刻机，并导入用画好的掩膜板文5件，激光质量选择为high，激光计量设置为135mJ/cm2,光刻完用正胶显影液进行显影，时间15s。
[0032](4)蒸镀金属薄膜
[0033]在显影后的石英基片上通过磁控溅射蒸镀一层金属，所述金属为钛和金,
[0034]先在气体体积流量为100sccm的氩气保护下，在4mTorr的气压下以恒定电流0 0.4A镀一层钛，持续时间为10s，钛厚度为10nm，起粘附层的作用，钛膜电导率不高并且很薄，对太赫兹波的影响十分小，可以忽略不计。再在气体体积流量为100sccm的氩气保护下，在4mTorr的气压下以恒定本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种新型等离子体透镜，其特征在于，包括石英基片和生长在所述石英基片上的金膜，所述金膜包括两组圆心重叠有半径差的半圆环狭缝，两组所述半圆环狭缝分别在圆心的两侧对称分布。2.根据权利要求1所述新型等离子体透镜，其特征在于，所述石英基片的厚度为500μm，所述金膜的厚度为200nm。3.根据权利要求1所述新型等离子体透镜，其特征在于，两组所述半圆环狭缝的宽度均为150μm，同侧半圆环狭缝组的半径差为440μm，不同侧对称的两个半圆环狭缝之间的半径差为220μm。4.一种制备如权利要求1所述新型等离子体透镜的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)清洗石英基片；(2)在所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：张彩虹，谭博文，冯龙呈，杨圣新，范克彬，吴敬波，金飚兵，陈健，吴培亨，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：
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