【技术实现步骤摘要】
本技术属于微纳光学，具体涉及一种基于金属纳米椭圆柱结构可实现异常反射的相位梯度超构表面，用于提高原子力显微镜的测量灵敏度。
技术介绍
1、相位梯度超表面是超表面中一种重要的类型。其核心基于广义斯涅尔定律，通过在两种介质的界面上引入相位梯度，产生和位置相关且覆盖2π的局域相位突变。通过调控相对应的光束入射角和相位梯度，可以实现任意方向的反射。
2、原子力显微镜是纳米科学中一种强大的工具，用于测量纳米尺度分辨率的表面形貌，表征局部物理和化学性质。评估其性能的最重要的指标是光学杠杆的灵敏度，它被定义为探针弯曲幅度与光散射强度之间的比值，为了实现更高的分辨率，则需要更高的灵敏度。
技术实现思路
1、本技术的专利技术目的是提供一种可实现对相位的完全调控，且具有较大的最低反射率，在最大程度上实现高效反射的相位梯度超表面，用于提高原子力显微镜测量灵敏度。
2、实现本技术专利技术目的的技术方案是提供一种用于提高原子力显微镜测量灵敏度的相位梯度超表面，包括半导体基底、金属纳米减透层、半导体分隔层、金属纳米椭圆柱结构层；所述的金属纳米椭圆柱结构层包括多个呈周期性阵列分布的相位梯度超表面单元，相位梯度超表面单元的排列周期为1200～1800nm；各单元中包括五个沿光源的偏振方向排列的金属纳米椭圆柱单位结构。
3、本技术提供的一种用于提高原子力显微镜测量灵敏度的相位梯度超表面，其单位结构的椭圆柱的长短轴长度和厚度按时域有限差分计算结果选取；所述半导体基底、金属纳米减透层
4、本技术的优选方案是：金属纳米椭圆柱的材质为金，厚度为30nm，五个纳米椭圆柱的长、短轴依次分别为(50,46)nm、(60,56)nm、(70,68)nm、(80,73)nm和(110,96)nm；半导体分隔层的材质为二氧化硅，厚度为30nm；金属纳米减透层的材质为金，厚度为100nm；半导体基体的材质为硅，厚度为200nm。
5、与现有技术相比，本技术的有益效果在于：
6、1.本技术提供了一种顶部结构设计为纳米椭圆柱的相位梯度超表面结构，椭圆柱具有长短轴之分，当改变超表面的椭圆柱的长短轴长度时，材料的等效折射率增加，适用的波长范围扩大，通过优化超表面结构参数，可以实现宽波带范围内的相位调控，并拥有更广阔的可操作空间。
7、2.本技术提供的椭圆纳米柱相较于圆纳米柱，在方向选择性上，由于椭圆纳米柱具有不同的轴向长度和宽度，因此可以在特定方向上呈现更高的吸收、反射或透射效率，这种方向选择性使得椭圆纳米柱在光学应用中具有更强的定向性和可控性。在自由度方面，可以通过旋转椭圆纳米柱的主轴方向，调整入射光的偏振方向；同时，可以调整椭圆纳米柱的不同轴向尺寸，以实现更精确的光学调控。
8、3.本技术提供的相位梯度超表面相较于传统光学元件，其相位梯度超表面的厚度一般远小于工作波长，结构微小且薄，有利于器件集成；同时，相位梯度超表面能够以亚波长分辨率对电磁波进行各种调制，包括振幅、相位和偏振等状态。
9、4.原子力显微镜的工作原理是将反射在光电探测器上的激光光斑位移用于测量悬臂梁的弯曲变化量，从而推导出样品表面的形貌和力学特性。将本技术提供的超表面集成于悬臂梁的背部，在纵向方向上引入了额外的线性相位梯度，从而引入增益因子，使得激光光斑的位移距离增大，提高原子力显微镜的光学杠杆灵敏度，更好地解析样品表面的纳米尺度特征，可在接近原子级别上进行观察和测量。
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1.一种用于提高原子力显微镜测量灵敏度的相位梯度超表面，其特征在于：包括半导体基底（4）、金属纳米减透层（3）、半导体分隔层（2）、金属纳米椭圆柱结构层；所述的金属纳米椭圆柱结构层包括多个呈周期性阵列分布的相位梯度超表面单元，相位梯度超表面单元的排列周期为1200～1800nm；各单元中包括五个沿光源的偏振方向排列的金属纳米椭圆柱（1）单位结构。
2.根据权利要求1所述的一种用于提高原子力显微镜测量灵敏度的相位梯度超表面，其特征在于：各单位结构的椭圆柱的长短轴长度和厚度按时域有限差分计算结果选取。
3.根据权利要求1所述的一种用于提高原子力显微镜测量灵敏度的相位梯度超表面，其特征在于：所述半导体基底、金属纳米减透层、半导体分隔层的厚度按时域有限差分计算结果选取。
4.根据权利要求1或2所述的一种用于提高原子力显微镜测量灵敏度的相位梯度超表面，其特征在于：所述金属纳米椭圆柱（1）的材质为金，厚度为30nm，五个纳米椭圆柱的长、短轴依次分别为(50,46)nm、(60,56)nm、(70,68)nm、(80,73)nm和(110,96)nm。>
5.根据权利要求1或3所述的一种用于提高原子力显微镜测量灵敏度的相位梯度超表面，其特征在于：所述的半导体分隔层（2）的材质为二氧化硅，厚度为30nm。
6.根据权利要求1或3所述的一种用于提高原子力显微镜测量灵敏度的相位梯度超表面，其特征在于：所述的金属纳米减透层(3)的材质为金，厚度为100nm。
7.根据权利要求1或3所述的一种用于提高原子力显微镜测量灵敏度的相位梯度超表面，其特征在于：所述的半导体基底(4)的材质为硅，厚度为200nm。
...【技术特征摘要】
1.一种用于提高原子力显微镜测量灵敏度的相位梯度超表面，其特征在于：包括半导体基底（4）、金属纳米减透层（3）、半导体分隔层（2）、金属纳米椭圆柱结构层；所述的金属纳米椭圆柱结构层包括多个呈周期性阵列分布的相位梯度超表面单元，相位梯度超表面单元的排列周期为1200～1800nm；各单元中包括五个沿光源的偏振方向排列的金属纳米椭圆柱（1）单位结构。
2.根据权利要求1所述的一种用于提高原子力显微镜测量灵敏度的相位梯度超表面，其特征在于：各单位结构的椭圆柱的长短轴长度和厚度按时域有限差分计算结果选取。
3.根据权利要求1所述的一种用于提高原子力显微镜测量灵敏度的相位梯度超表面，其特征在于：所述半导体基底、金属纳米减透层、半导体分隔层的厚度按时域有限差分计算结果选取。
4.根据权利要求1或2所述的...
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