[发明专利]一种基于纳米孔和表面沟槽结构的平板超透镜

说明书

本发明公开了一种基于纳米孔和表面沟槽结构的平板超透镜，在金层的中心圆形区域设置纳米孔阵列，并根据需要引入的相移大小设计纳米孔直径，很好地实现光波的聚焦；进一步的，在中心圆区域外围，金层上下表面上设置对称的三对环形沟槽，可以增强入射光的透射性以及出射光的方向性，且其根据需要引入的相移设计沟槽宽度，可以提高超透镜的聚焦效果；最外围的贯穿圆环，进一步增强透过率，提高焦点处的能量；从对本发明的平板超透镜的设计而言，仅使用一个变量(纳米孔直径d)控制相移，仅使用一种材料(金)，具有结构简单且适用性强，同时具有辨率高、偏振不敏感等优点。

技术领域

本发明属于微纳光学技术领域，具体涉及一种基于纳米孔和表面沟槽结构的平板超透镜。

背景技术

传统透镜体积大且无法突破光学衍射极限，超透镜的出现为这一问题提供了新的解决思路。自2000年Pendry首次提出可以用一个负折射材料做成的薄板来实现完美超透镜后，各种不同结构、适用于不同波段的超透镜被提出，较常见的是V型结构、矩形结构等，其多采用二至四个变量来控制相移实现聚焦，且结构和材料较复杂，这给该类超透镜的设计和制造增加了难度。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于纳米孔和表面沟槽结构的平板超透镜，用于对指定波长的光波进行聚焦，表面沟槽结构可以进一步提高光波的透过率及方向性，使聚焦效果得到增强。

一种平板超透镜，采用金材料的平板制作；

平板中心的圆形区域设置纳米孔阵列；纳米孔的直径根据各纳米孔所在位置(x,y)处需要引入的相移决定：

其中表示坐标点处应提供的相移，λ为入射光波长，f为平板超透镜的焦距；

在孔阵列所在圆形区域的外围，依次排列三对相对于平板上、下表面对称分布的同心环形沟槽；环形沟槽的宽度根据所在位置处需要引入的相移决定。

进一步的，在所述同心环形沟槽的外侧，加工有贯穿圆环。

较佳的，所述贯穿圆环由两个间隔的同心半圆环组成。

较佳的，所述纳米孔阵列中包含有八种不同直径，分别对应引入π/4、π/2、3π/4、π、5π/4、3π/2、7π/4和2π的相移。

较佳的，平板超透镜厚度为100nm；当入射光波波长为980nm，平板超透镜焦距为5μm时，所述纳米孔阵列中包含有八种不同直径，分别350nm、444nm、320nm、232nm、392nm、336nm、288nm、216nm；纳米孔阵列周期为550nm。

较佳的，三个环形沟槽宽度w依次为320nm、392nm、288nm；沟槽深度为40nm。

较佳的，相邻环形沟槽中心距离为550nm。

较佳的，平板超透镜厚度为100nm；当入射光波波长为980nm，平板超透镜焦距为5μm时，所述纳米孔阵列中包含有八种不同直径，分别350nm、444nm、320nm、232nm、392nm、336nm、288nm、216nm；纳米孔阵列周期为550nm；贯穿圆环的宽度为350nm。

本发明具有如下有益效果：

本发明在金层的中心圆形区域设置纳米孔阵列，并根据需要引入的相移大小设计纳米孔直径，很好地实现光波的聚焦；进一步的，在中心圆区域外围，金层上下表面上设置对称的三对环形沟槽，可以增强入射光的透射性以及出射光的方向性，且其根据需要引入的相移设计沟槽宽度，可以提高超透镜的聚焦效果；最外围的贯穿圆环，进一步增强透过率，提高焦点处的能量；从对本发明的平板超透镜的设计而言，仅使用一个变量(纳米孔直径d)控制相移，仅使用一种材料(金)，具有结构简单且适用性强，同时具有分辨率高、偏振不敏感等优点。

附图说明