[发明专利]基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜的制备方法及应用

说明书

本公开提供了一种基于金属‑介质条形阵列的超分辨透镜的制备方法，包括：对第一衬底上的第一材料层进行光刻，得到光栅结构；交替沉积第二、第三材料层，直至将光栅结构填平，得到第一过渡结构，第二、第三材料层中一种为金属，另一种为介质；对第一过渡结构进行平坦化，其深度至少达到光栅结构的顶部，得到第二过渡结构；将其上表面与第二衬底进行固化；去除第一衬底，使第二过渡结构翻转至第二衬底上，得到第三过渡结构；再次进行平坦化，平坦化的深度至少达到最后一次沉积的第二材料层或第三材料层的顶部，得到基于金属‑介质条形阵列的超分辨透镜。本公开得到的超分辨透镜，入射光只沿着金属‑介质界面处传输，有效提升了能量利用效率。

技术领域

本公开涉及超分辨成像技术领域，具体涉及一种基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜的制备方法及应用。

背景技术

近些年来，随着微纳技术迅速发展，表面等离子体在亚波长结构中的一系列新奇光学现象相继被发现，激起科学界极大的研究兴趣。各种关于表面等离子体奇异光学特性应用的报道层出不穷，例如超分辨率成像、新型发光二极管、微尺度纳米激光等，揭示其在克服衍射极限光学行为中的重要作用。表面等离子体的奇异增强透射光学效应的揭示和研究，推动了超衍射人工电磁材料光学特性设计和应用研究的发展。金属-介质多层交替复合多层膜透镜结构作为人工电磁材料的典型应用之一，激发了广大科研人员的研究兴趣。

研究发现，通过利用具有负折射率的超材料制成的超透镜可以放大衰减的倏逝波，从而实现超分辨成像。早期研究还发现，利用厚度远小于波长的金属/介质交替堆叠形成的多层膜结构能够实现SP波(表面等离子体波)耦合传输，从而实现超分辨成像。但是，当前采用膜层交替生长方式加工的金属-介质多层膜透镜结构都是平面多层膜，这就需要入射光多次不断穿透多层膜结构，才能最终到达成像材料当中。由于金属材料的介电常数一般都存在一定的虚部，入射光在传输过程中难免会存在能量损耗，当入射光经过多层膜传输后，往往到达成像材料中的能量只有入射光初始值的1/100，甚至1/1000或更低，这严重限制了金属-介质多层膜透镜在超分辨成像中实际应用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对上述问题，本公开提供了一种基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜的制备方法及应用，用于解决传统超分辨透镜能量损耗高等技术问题。

(二)技术方案

本公开一方面提供了一种基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜的制备方法，包括：S1，对第一衬底上的第一材料层进行光刻，得到光栅结构；S2，在光栅结构上交替沉积第二材料层、第三材料层，直至将光栅结构填平，得到第一过渡结构；其中，第二材料层、第三材料层中一种为金属，另一种为介质；S3，对第一过渡结构进行平坦化，平坦化的深度至少达到光栅结构的顶部，得到第二过渡结构；S4，将第二过渡结构的上表面与第二衬底进行固化；S5，去除第一衬底，使第二过渡结构翻转至第二衬底上，得到第三过渡结构；S6，对第三过渡结构进行平坦化，平坦化的深度至少达到S2中最后一次沉积的第二材料层或第三材料层的顶部，得到基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜。

进一步地，S1包括：S11，在第一衬底上至下而上依次制备牺牲层、第一材料层和感光膜层；S12，在感光膜层上曝光、显影得到感光膜光栅图形；S13，刻蚀第一材料层，将感光膜光栅图形转移至第一材料层中，得到光栅结构。

进一步地，S11中制备牺牲层包括：通过磁控溅射沉积、化学气相沉积或涂覆的方法在第一衬底上制备牺牲层；其中，牺牲层为Au、Cu、感光胶中的一种；S11中制备第一材料层包括：通过磁控溅射沉积、原子层沉积、化学气相沉积或真空蒸镀沉积的方法在牺牲层上制备第一材料层；其中，第一材料层为Ag、Al、介质材料中的一种。

进一步地，S5包括：剥离去除第一衬底，使第二过渡结构翻转至第二衬底上；利用湿法化学方法去除牺牲层，得到第三过渡结构；其中，剥离包括手动剥离或自动剥离，湿法化学方法使用的溶液为王水、硝酸、去铬液中的一种。