一种纳米缝隙金属聚焦透镜的制备方法技术

本发明专利技术提供一种纳米缝隙金属聚焦透镜的制备方法，首先确定入射波长，选取合适的透光基底材料，基底上再蒸镀一层金属膜，让入射光垂直于金属膜表面入射；利用纳米加工技术在金属膜上加工等宽度的狭缝或者环形缝阵列；对于预定焦点位置的光聚焦，计算光在焦点位置聚焦时光波在不同位置排布的狭缝或者环形缝的位相延迟分布，通过聚焦离子束引导沉积特定厚度的介质满足光波在不同位置排布狭缝或者环形缝的位相延迟要求，使金属聚焦透镜实现对入射光在预定焦点位置的聚焦。本发明专利技术根据预定的焦点位置来改变金属聚焦透镜的狭缝或者环形缝内介质厚度沉积以实现近场或者远场光聚焦，同时其透镜结构简单，可很方便的用于光路系统集成，具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属膜上加工狭缝或者环形缝的聚焦装置的
，特别涉及ー种纳米缝隙金属聚焦透镜的制备方法，该纳米缝隙金属聚焦透镜具体为纳米狭缝介质沉积调制相位的纳米金属聚焦透镜。
技术介绍
近年来，基于表面等离子体位相调制的金属结构纳光子器件设计引起人们的极大关注。通过表面等离子体在金属狭缝的反对称色散特性，表面等离子体在金属狭缝的传播常数由缝隙宽度和缝隙材料的介电常数决定。现有金属结构纳光子器件设计的位相调制都是通过调节金属膜上狭缝宽度，从而实现亚波长尺度下的位相调制。然而，改变金属缝隙宽度调节位相的能力非常有限。为了实现周期范围(O到2π )范围内的位相变化，通常要求金属狭缝的宽度小于20纳米，金属膜厚度大于200纳米。现有纳米加工技术手段加工高深 宽比(>10 1)的金属狭缝具有非常大的难度。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，利用表面等离子体的传播特性提出ー种纳米缝隙金属聚焦透镜及制备方法，方便用于光路系统集成的包含纳米级缝隙的金属透镜。本专利技术解决其技术所采用的技术方案ー种纳米缝隙金属聚焦透镜的制备方法，其特征在于步骤如下步骤(I)、选择入射光的工作波长λ，根据其波长选择可以透光的基底材料；步骤(2)、在基底表面蒸镀厚度为d的金属膜,入射光垂直于金属膜上表面入射；步骤(3)、取垂直穿过金属膜的中心为中轴，假设中轴与金属膜上表面相交位置为坐标原点，在金属膜上表面取过原点的某方向为X轴方向，确定X轴正方向，利用纳米加工技术在金属膜上加工宽度w的多组狭缝或者多组同心环形缝；步骤(4)、对于预定焦点位置f的光聚焦，利用聚焦离子束在狭缝或者环形缝内引导沉积满足等光程要求的不同介质厚度，加工出纳米缝隙金属聚焦透镜。步骤(4)中的不同介质厚度数据可以通过下述步骤得到。步骤①、通过公式(I)、(2)、(3)和(4)计算，可以得到光波金属膜上狭缝或者环形缝的沉积介质和空气区域中的位相延迟Λ φ-和Λ φ3 Γ tanh(扣—2 -klsd w/ 2) =~d プ..............”............................(I)￡m λ] Pdie -た“rftant^V Pair 1 -kle0w!2) = g°~(2)AcjJdie= β』 (3)Δ φ air = β air (d-h) (4)其中，k(!是光在自由空间中的波矢，ε m分别是空气、沉积介质和金属的介电常数，w为狭缝或者环形槽的宽度，h为聚焦离子束在狭缝或者环形缝内引导沉积的介质厚度，β-和表示光波在狭缝或者环形槽的沉积介质和空气区域中的传播常数。步骤②、对于金属膜上第一个狭缝或者环形缝分布位置X1，聚焦离子束引导沉积材料厚度h，位相延迟可由公式(5)得出权利要求1.，其特征在于包括下列步骤 步骤(I)、选择入射光的工作波长λ，根据其波长选择可以透光的基底材料； 步骤(2)、在基底表面蒸镀厚度为d的金属膜，入射光垂直于金属膜上表面入射； 步骤(3)、取垂直穿过金属膜的中心为中轴，假设中轴与金属膜上表面相交位置为坐标原点，在金属膜上表面取过原点的某方向为X轴方向，确定X轴正方向，利用纳米加工技术在金属膜上加工宽度w的多组狭缝或者多组同心环形缝； 步骤(4)、对于预定焦点位置f的光聚焦，利用聚焦离子束在狭缝或者环形缝内引导沉积满足等光程要求的不同介质厚度，加工出一种纳米缝隙金属聚焦透镜。2.根据权利要求I所述的，其特征在于步骤(4)中的不同介质厚度数据可以通过下述步骤得到 步骤①、通过公式(I )、(2)、(3)和(4)计算，得到光波金属膜上狭缝或者环形缝的沉积介质和空气区域中的位相延迟Λ φ-和Λ Φ&:3.根据权利要求I所述的，其特征在于所述步骤(I)中的可透光的基底材料为硅或二氧化硅。4.根据权利要求I所述的，其特征在于所述步骤(I)中的选取的入射光的偏振模式线偏振或者圆偏振。5.根据权利要求I所述的，其特征在于步骤(2)中的金属膜的厚度d为200纳米到I微米。6.根据权利要求I所述的，其特征在于步骤 (2)中的金属膜材料为能够激发表面等离子体的金属金、银、铜或铝。7.根据权利要求I所述的，其特征在于步骤(3)中金属膜上加工结构为等宽度狭缝或者环形缝。8.根据权利要求I所述的，其特征在于步骤(3)中的狭缝或者环形缝的宽度w为50纳米到400纳米。9.根据权利要求2所述的，其特征在于所述步骤(4)中由预定焦点位置决定满足(Γ2π范围的位相延迟。10.根据权利要求I所述的，其特征在于步骤(4)中沉积的介质厚度改变量在O d内。11.根据权利要求I所述的，其特征在于步骤(4)中选择易于聚焦离子束引导沉积的材料。12.根据权利要求8所述的，其特征在于步骤(4 )中选择易于聚焦离子束弓I导沉积的材料为二氧化硅或硅。全文摘要本专利技术提供，首先确定入射波长，选取合适的透光基底材料，基底上再蒸镀一层金属膜，让入射光垂直于金属膜表面入射；利用纳米加工技术在金属膜上加工等宽度的狭缝或者环形缝阵列；对于预定焦点位置的光聚焦，计算光在焦点位置聚焦时光波在不同位置排布的狭缝或者环形缝的位相延迟分布，通过聚焦离子束引导沉积特定厚度的介质满足光波在不同位置排布狭缝或者环形缝的位相延迟要求，使金属聚焦透镜实现对入射光在预定焦点位置的聚焦。本专利技术根据预定的焦点位置来改变金属聚焦透镜的狭缝或者环形缝内介质厚度沉积以实现近场或者远场光聚焦，同时其透镜结构简单，可很方便的用于光路系统集成，具有广阔的应用前景。文档编号G02B3/00GK102862950SQ20121036575公开日2013年1月9日 申请日期2012年9月27日 优先权日2012年9月27日专利技术者罗先刚, 赵泽宇, 王长涛, 王彦钦, 黄成 , 陶兴, 杨欢, 刘利芹, 杨磊磊, 蒲明薄 申请人:中国科学院光电技术研究所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米缝隙金属聚焦透镜的制备方法，其特征在于包括下列步骤：步骤（1）、选择入射光的工作波长λ，根据其波长选择可以透光的基底材料；步骤（2）、在基底表面蒸镀厚度为d的金属膜，入射光垂直于金属膜上表面入射；步骤（3）、取垂直穿过金属膜的中心为中轴，假设中轴与金属膜上表面相交位置为坐标原点，在金属膜上表面取过原点的某方向为x轴方向，确定x轴正方向，利用纳米加工技术在金属膜上加工宽度w的多组狭缝或者多组同心环形缝；步骤（4）、对于预定焦点位置f的光聚焦，利用聚焦离子束在狭缝或者环形缝内引导沉积满足等光程要求的不同介质厚度，加工出一种纳米缝隙金属聚焦透镜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗先刚，赵泽宇，王长涛，王彦钦，黄成，陶兴，杨欢，刘利芹，杨磊磊，蒲明薄，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：