[发明专利]一种高数值孔径的油浸表面等离子体超透镜

摘要

本发明提出一种高数值孔径的油浸表面等离子体(SPR)超透镜，超透镜一侧为表面形貌为本发明设计的光学非球面，另一侧为光学平面。该耦合透镜在光学平面中心的法线方向上轴对称，在平行于透镜光学平面的横截面为圆形。该耦合透镜由对可见光透明的高折射率材料组成，平行光由光学非球面一侧平行于光轴射入透镜，经光学非球面和匹配油层折射，聚焦于超透镜的焦点。当该耦合超透镜数值孔径大于1.05时，可用于激发表面等离子体。本发明可作为高数值孔径油浸显微物镜的有效替代，具有结构简单、成本低、工作距离可定义等优点。

主权项

1.一种高数值孔径的油浸表面等离子体超透镜，由两个光学面组成，一个表面形貌为光学非球面，一个为圆形光学平面，所述油浸表面等离子体超透镜的光学非球面边界满足下列递推公式：y(m)＝‑x(m)*cot[β(2m‑2)]+h+f*tan[θ(2m‑2)]*cot[β(2m‑2)]r＝f×tanθx(1)＝0y(1)＝0y_alt(1)＝0x(2)＝h*tan[β(2)]+f*tan[θ(2)]y(2)＝0y_alt(2)＝0其中x(m)和y(m)表示曲面边界线上点的横纵坐标，m为正整数,作为递推公式的项数，坐标系以超透镜的顶点为原点，顶点切线为x轴建立平面直角坐标系，以垂直x轴方向为y轴，式中h为超透镜沿y轴方向上的最大厚度，f为油的高度，n₁为超透镜材料折射率，n₂为匹配油折射率，y_alt为中间变量，将曲线在x轴正半轴上的长度r等分为2m‑2份，记为r(2m‑2)，θ(2m‑2)是以r(2m‑2)为横坐标的曲线点和平行光焦点的连线与y轴的夹角；β(2m‑2)为曲线上r(2m‑2)对应点对应的表面等离子体超透镜内的光线与光轴的夹角，为对应的曲面法线与入射光的夹角；平行光由光学非球面一侧垂直于圆形光学平面入射，经过光学非球面和匹配油层的二次折射后聚焦在位于超透镜的法向延长线上的焦点处。