[发明专利]一种实现表面等离激元纵向焦点强度调控的方法及器件

权利要求书

1.一种实现表面等离激元纵向焦点强度调控的方法，其特征在于，在金属表面开设呈像素形状的若干凹槽，凹槽沿横向分布，并且在纵向方向呈至少一列，形成凹槽阵列；光线从垂直于金属表面的方向照射凹槽阵列，在金属表面生成纵向分布的表面等离激元焦点；遍历所有凹槽阵列的组合，检索得到具有特定纵向焦点强度分布的特定凹槽阵列，实现纵向焦点强度调控。

2.根据权利要求1所述的实现表面等离激元纵向焦点强度调控的方法，其特征在于，以纵向为x轴、横向为y轴、光照方向为z轴建立坐标系，每个凹槽沿x轴方向位置的不同，调控激发场沿x轴上的初相位分布。

3.根据权利要求2所述的实现表面等离激元纵向焦点强度调控的方法，其特征在于，凹槽的x坐标为：x(k)＝kλ_SPP/N，其中，λ_SPP是表面等离激元的波长，N是相位阶数，k＝0,1,2,…,N-1。

4.根据权利要求3所述的实现表面等离激元纵向焦点强度调控的方法，其特征在于，从每个凹槽处激发的表面等离激元具有和其x坐标相关的初相位。

5.根据权利要求2所述的实现表面等离激元纵向焦点强度调控的方法，其特征在于，每个凹槽在金属表面上特定的场点位置对表面等离激元电场的贡献为∫E_SPPdy，积分沿y方向遍及整个凹槽；

其中，E_SPP为表面等离激元点源的电场，A是入射光的振幅，k_spp和k_z分别为表面等离激元在金属表面内和沿z轴方向的波矢，ω是入射光的圆频率，L是表面等离激元电场的传播长度，H₁⁽¹⁾为第一类Hankel函数，i是虚数单位；

金属表面上特定的场点位置的表面等离激元强度为所有表面等离激元点源的相干叠加；设凹槽的宽为w，长为Δy，并设定∫E_SPPdy与E_SPP·Δy相等。

6.根据权利要求3所述的实现表面等离激元纵向焦点强度调控的方法，其特征在于，检索特定凹槽阵列的步骤如下：

1)赋予每个凹槽一个随机的x坐标，给定初始高温T＝T0，然后计算评价函数f(x1,x2,…),得到值f1；

2)随机选取一个凹槽，随机改变凹槽x坐标x(k)＝kλ_SPP/N，即k随机取0,1,2,…,N-1之间不同的值，然后重新计算改变后的评价函数值f2；

3)如果(Δf＝f2-f1)<0，则上述位置改变被接受；否则将exp(-Δf/T)与分布在(0，1)区间的一个随机数来比较，如果exp(-Δf/T)大，则接受上述位置改变；否则保持位置不变；然后返回步骤2)；其中，T为温度参数，取值在(0，10]区间；

4)在初始高温T＝T0下重复步骤2)和步骤3)P次，使得在此温度下，评价函数达到热平衡；

5)以预设的规则降低温度，在下一个温度下，重复步骤2)至步骤4)；

6)循环步骤1)至步骤5)，直到当前温度下接受的凹槽改变次数小于1；则此时为最优的特定凹槽阵列。

7.根据权利要求6所述的实现表面等离激元纵向焦点强度调控的方法，其特征在于，步骤4)中，以T分段，当T>0.1时，P＝250；当0.01<T<0.1时，P ＝500；当T<0.01时，P＝1000；从而在计算时间不是太长的情况下保证每一温度下评价函数都可以大体达到热平衡。

8.根据权利要求6所述的实现表面等离激元纵向焦点强度调控的方法，其特征在于，步骤5)中，降低温度的规则为T_n+1＝αT_n其中，T_n为当前温度，T_n+1为下一个温度，α为降温系数，取值在(0，1)区间。