[发明专利]一种亚波长双光斑分裂聚焦微纳结构

说明书

本发明公开了一种本发明的亚波长双光斑分裂聚焦微纳结构，包括基底以及基底上的银膜；银膜上分布有周期性结构阵列；每个结构包括对银膜进行刻蚀形成的圆形凹槽，以及保留在圆形凹槽中心区域的椭圆环状银膜；其中，圆形凹槽和椭圆环状银膜的尺寸均为纳米量级；在合适波长下，激发表面电场服从理论计算分布，能够在光学近场区域产生双光斑，光斑尺寸处于亚波长量级，形状呈理想圆形，具有良好的分裂聚焦特性；并且本发明聚焦结构本对工作方位角不敏感，在0°至80°取向方位角范围内均能保持良好的分裂聚焦效果。

技术领域

本发明属于微纳光学应用、近场光学聚焦成像、集成光学系统设计等技术领域，具体涉及一种亚波长双光斑分裂聚焦微纳结构。

背景技术

光学技术的迅速发展对聚焦成像系统的分辨率需求持续增高。经典光学聚焦成像问题中，透镜工作距离一般都远大于波长，只能对空间频率较小的传播光波进行调制。光的传播满足一般的衍射定律，存在衍射极限，难以满足光学技术的发展需求。并且传统聚焦透镜多由自然晶体制成，体积大，集成难度高。

解决聚焦结构分辨力受限与集成化问题的一种有效手段是设计一种亚波长金属聚焦结构，通过激发表面等离子体效应操控表面倏逝波，实现突破衍射极限的亚波长超分辨聚焦。利用金属微纳结构实现对倏逝波的调控产生亚波长聚焦，引起越来越多的学者关注，通过精密设计微纳结构，可以获得多种材料与结构的微纳聚焦结构，进而对聚焦效果进行调控。例如：利用介电常数和磁导率均为-1的负折射率材料制作平板理想透镜结构(Physical Review Letters,2000,85(18),3966-3969)，该结构在对传播光波成分聚焦的同时，也对倏逝波成分产生聚焦增强效应，突破衍射极限实现亚波长聚焦；利用周期性排布的纳米圆孔构成光学近场聚焦结构(Nature,1998,391(6),1114-1117)，该结构利用光透过亚波长周期金属圆孔产生的增强透射效应，使得圆孔出射面附近局部倏逝波强度较高，形成数十纳米量级的近场亚波长聚焦光斑；利用蝴蝶结型纳米孔和周期圆环狭缝结构结合，制作了复合亚波长近场聚焦结构(Scientific Reports,2011,1(11),116-120)，该结构通过同时激发传播型和局域型的表面等离激元，进一步增加局域增强场强度，能够产生尺寸为20nm左右的近场光斑；利用亚波长狭缝结构制作长焦近场聚焦结构(Physical ReviewX,2014,4(3),1767-1770)，利用狭缝结构中的Fano共振效应，在调制倏逝波相消干涉的同时弥补了倏逝波的强度衰减，能够有效提高近场聚焦微纳结构的焦距。然而已报道的亚波长聚焦微纳结构只能够产生单一的聚焦光斑，缺少用于产生双光斑分裂聚焦的结构设计。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种亚波长双光斑分裂聚焦微纳结构，可以在光学近场区域内产生双光斑分裂聚焦效应。

一种亚波长双光斑分裂聚焦微纳结构，包括基底以及基底上的银膜；银膜上分布有周期性结构阵列；每个结构包括对银膜进行刻蚀形成的圆形凹槽，以及保留在圆形凹槽中心区域的椭圆环状银膜；其中，圆形凹槽和椭圆环状银膜的尺寸均为纳米量级。

较佳的，所述基底为折射率n＝1.4-1.5的石英玻璃。

较佳的，所述椭圆环状银膜的外环长轴与短轴的长度比大于1.1且椭圆环状银膜的环宽大于12nm。

较佳的，所述圆形凹槽半径长r为55nm至60nm，椭圆环状银膜的内环的长半轴a_i为16nm至18nm，椭圆环状银膜内环的短半轴b_i为10nm至12nm，椭圆环状银膜外环的长半轴a_o为30nm至35nm，椭圆环状银膜外环的短半轴b_o为22nm至25nm。

较佳的，银膜厚度t为16nm至18nm。

较佳的，所述结构的周期长度d为370nm至390nm。

本发明具有如下有益效果：