[发明专利]应用消色差超透镜对纳米粒子进行光学操纵的装置及方法

权利要求书

1.一种应用消色差超透镜对纳米粒子进行光学操纵的装置，其特征是，所述装置包括：消色差超透镜和光源；所述消色差超透镜包括基底和垂直设置在所述基底上的纳米柱；光源设置在所述消色差超透镜的靠近所述基底的一侧，所述光源发射的入射光通过所述消色差超透镜，从所述纳米柱表面输出，所述消色差超透镜在焦点附近产生电场和磁场，形成光力，捕获位于焦点附近的纳米粒子；所述光源发射的入射光的波长位于所述消色差超透镜的消色差波长范围内。

2.如权利要求1所述的装置，其特征是，所述消色差超透镜的消色差相位由所述入射光的所述消色差波长范围以及所述消色差超透镜的焦距确定。

3.如权利要求2所述的装置，其特征是，所述消色差超透镜的消色差相位应用粒子群算法优化，满足以下关系式：

其中，为消色差相位，λ为入射光的波长，(x，y)为的所述消色差超透镜表面距离中心的位置，f为焦距，C(λ)为相位补偿因子。

4.如权利要求1所述的装置，其特征是，所述基底包括周期排列的多个纳米块，每个所述纳米块的中央设置一所述纳米柱，所述纳米块的周期由所述入射光的所述消色差波长范围确定。

5.如权利要求1所述的装置，其特征是，所述纳米柱为圆柱体结构，所述纳米柱的半径变化范围为50nm到200nm，所述纳米柱的高度由所述消色差超透镜的消色差相位确定。

6.如权利要求1所述的装置，其特征是，所述光源发射的入射光的所述消色差波长范围为1014nm到1114nm，带宽为100nm。

7.如权利要求1所述的装置，其特征是，所述消色差超透镜的数值孔径由所述消色差超透镜的半径和焦距确定，取值范围为0.9到0.98。

8.如权利要求1所述的装置，其特征是，用包裹所述纳米粒子的正方体表征所述纳米粒子，所述消色差超透镜在焦点附近形成的光力满足以下关系式：

其中，F为所述纳米粒子表面受到的光力，i和j代表所述正方体的x，y，z方向上的表面，T_ij为作用在垂直于j轴单位面积上的电磁场力在i轴上的麦克斯韦张量，为所述单位面积上的法向量，Re表示取实部，ε和μ为焦点附近的相对介电常数和磁导率，δ_ij为克罗内客函数，E为所述纳米粒子表面的电场，E^*为电场的共轭复数；H为所述纳米粒子表面的磁场，H^*为磁场的共轭复数。

9.如权利要求1所述的装置，其特征是，所述消色差超透镜的所述基底应用二氧化硅材料，所述纳米柱应用材料硅。

10.一种应用消色差超透镜对纳米粒子进行光学操纵的方法，其特征是，所述方法应用于如权利要求1-9中任一项所述的装置，所述方法包括：

控制设置在消色差超透镜的靠近基底的一侧的光源发射入射光，所述光源发射的入射光的波长位于所述消色差超透镜的消色差波长范围内；

通过所述消色差超透镜控制所述光源发射的入射光从所述纳米柱表面输出；

通过所述消色差超透镜在焦点附近产生电场和磁场，形成光力，捕获位于焦点附近的纳米粒子。