[发明专利]一种纳米尺度固体混合浸没透镜

说明书

技术领域

本发明属于近场光学显微镜技术领域，具体涉及一种纳米尺度固体混合浸没透镜。

背景技术

突破阿贝衍射极限获得超分辨率(<0.5λ，λ为入射波长)的光斑尺寸是目前近场光学显微镜技术和现代微纳光学领域炙手可热的研究课题。近些年来，国内外学者报道了多种可以达到超分辨率的技术手段，包括利用纳米探针或环形光阑开发近场扫描光学显微镜，利用超材料的负折射效应设计超级透镜，利用平面衍射光栅的超级振荡获得超分辨的衍射光斑，利用微球或纳米固体浸没透镜实现近场超分辨显微成像。

在这其中，利用纳米固体浸没透镜可以获得接近四分之一波长的光学分辨率，在近场超分辨显微成像、纳米加工和近场拉曼光谱具有十分诱人的应用前景。与此同时，目前所报道的纳米固体浸没透镜都采用了单一的半球结构，例如文献一(J.Y.Lee,B.H.Hong,W.Y.Kim,S.K.Min,Y.Kim,M.V.Jouravlev,R.Bose,K.S.Kim,I.C.Hwang,L.J.Kaufman,C.W.Wong,and P.Kim,Near-field focusing and magnification through self-assembled nanoscale spherical lenses,Nature,2009,460(7254),498-501.)和文献二(J.W.Jang,Z.J.Zheng,O.S.Lee,W.Shim,G.F.Zheng,G.C.Schatz,and C.A.Mirkin,Arrays of nanoscale lenses for subwavelength optical lithography,Nano Letters,2010,10(11),4399-4404.)所公开的纳米固体浸没透镜分别采用了杯对苯二酚(CHQ)和聚乙二醇(PEG)聚合物半球结构，其光学分辨率分别达到接近0.27λ和0.25λ。

由上可知，现有的单一的半球结构透镜，光学分辨率依然较低，还不能满足尺度在四分之一波长以下目标的近场成像或纳米加工应用需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米尺度固体混合浸没透镜。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种纳米尺度固体混合浸没透镜，包括纳米半球和纳米圆柱，所述纳米圆柱位于纳米半球的中心，纳米圆柱的上表面和下表面均与纳米半球的外表面融为一体，纳米半球的直径D取值范围为[1000nm，1400nm]，纳米圆柱的直径W的取值范围为[90nm，110nm]。

所述纳米半球所用材料的折射率低于纳米圆柱所用材料的折射率。

所述纳米半球的材料为二氧化硅、杯对苯二酚聚合物或聚乙二醇聚合物，纳米圆柱的材料为硅、砷化铝或氧化锌。

按照光的入射方向将其分为型号I和型号II两个型号，型号I是由面朝下的纳米半球和纳米圆柱组成，纳米圆柱位于纳米半球的中心，光线从纳米半球的弧面射入；型号II是由面朝上的纳米半球和纳米圆柱组成，纳米圆柱位于纳米半球的中心，光线从纳米半球的平面射入。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：本发明通过在普通的纳米尺度固体浸没透镜中心插入纳米圆柱，可以在纳米圆柱的出射端附近产生强烈的模式压缩现象，从而有效降低近场聚焦光斑的半高宽。本发明所提出的纳米尺度固体混合浸没透镜可以将近场光斑的分辨率提高到接近八分之一波长，大幅提升了近场光学显微镜的分辨能力。

附图说明

图1是本发明纳米尺度固体混合浸没透镜的工作示意图。

图2是本发明纳米尺度固体混合浸没透镜的聚焦效果示意图，其中图(a)、(b)、(c)(d)分别为本发明实施例1-4固体混合浸没透镜的聚焦效果示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的一种纳米尺度固体混合浸没透镜，包括纳米半球2和纳米圆柱3，所述纳米圆柱3位于纳米半球2的中心，纳米圆柱3的上表面和下表面均与纳米半球2的外表面融为一体，纳米半球2的直径D取值范围为[1000nm，1400nm]，纳米圆柱3的直径W的取值范围为[90nm，110nm]。

按照光的入射方向将其分为型号I和型号II两个型号，型号I是由面朝下的纳米半球2和纳米圆柱3组成，纳米圆柱3位于纳米半球2的中心，光线从纳米半球2的弧面射入；型号II是由面朝上的纳米半球2和纳米圆柱3组成，纳米圆柱3位于纳米半球2的中心，光线从纳米半球2的平面射入。

所述纳米半球2所用材料的折射率低于纳米圆柱3所用材料的折射率。