[发明专利]一种三段式表面等离激元透镜

摘要

一种三段式表面等离激元透镜，涉及表面等离激元。由三层刻蚀在金属表面的矩形凹槽组成，在线偏振光照明下，将形成突破衍射极限的越小尺寸表面等离激元焦点，凹槽宽度为λ/2，每层凹槽的中心位置均分布在三条线段上，对于第i层(i＝1,2,3)，每层凹槽的长度和中心位置按如下设计：第i层凹槽左右侧边中点到焦点的距离分别满足f+(i-1)d+kλ/3和f+(i-1)d+(k+1)λ/3，k称为凹槽的级次，使同一层相邻两个凹槽的k相差3，各凹槽对应于传统波带片中的菲尼尔带；当沿y方向偏振的平面波垂直金属表面照明结构时，表面等离激元将在各凹槽上被同相激发，且传播到焦点处时相长干涉形成焦点。

主权项

一种三段式表面等离激元透镜，其特征在于由三层刻蚀在金属表面的矩形凹槽组成，在垂直于金属表面入射的线偏振光照明下，将形成突破衍射极限的越小尺寸表面等离激元焦点，所述矩形凹槽的宽度W均为λ/2,其中λ是表面等离激元的波长，每层凹槽的中心位置均分布在三条线段上，对于第i层，i＝1,2,3，其轨迹由以下分段函数给出：其中f是焦距，d＝2λ/3是水平线段部分的层间距，α和β是两个需要优化的参数，式(1)中的“+”和“‑”号分别对应x≥[f+(i‑1)d]tanα和x≤‑[f+(i‑1)d]tanα；每层凹槽的长度和中心位置按照如下设计：第i层凹槽的左侧边和右侧边中点到焦点的距离分别满足f+(i‑1)d+kλ/3和f+(i‑1)d+(k+1)λ/3，其中整数k称为凹槽的级次，k按如下方式取值，使同一层相邻两个凹槽的k相差3，即：$k=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{...},-7,-4,-1,2,5,8,\mathrm{...}& (i=1)\\ \mathrm{...},-6,-3,0,3,6,9,\mathrm{...}& (i=2)\\ \mathrm{...},-8,-5,-2,1,4,7,\mathrm{...}& (i=3)\end{array}\right.---\left(2\right)$各个凹槽对应于传统波带片中的菲尼尔带；当沿y方向偏振的平面波垂直金属表面照明结构时，表面等离激元将在各个凹槽上被同相激发，且传播到焦点处时相长干涉形成焦点。