[发明专利]一种直线型表面等离激元透镜及其照明方法

说明书

本发明涉及一种直线型表面等离激元透镜及其照明方法。表面等离激元透镜由相隔为一个表面等离激元波长的两条直线状狭缝组成或一系列沿纵向排列成直线的两条狭缝组构成。狭缝被外部入射激光照明时，在金属表面激发的表面等离激元相位与入射到该点的激发光相位密切相关。当入射到该狭缝的多个空间不连续的不同相位的激发光斑之间形成的波前在同一圆弧上时，则激发出来的表面等离激元波前在金属表面也形成一段圆弧，从而可以使表面等离激元聚焦在圆弧的圆心。此时，金属表面的狭缝成为一个表面等离激元透镜。

技术领域

本发明涉及一种表面等离激元调控的装置及方法，特别涉及一种直线型表面等离激元透镜及其照明方法。

背景技术

通过对入射聚焦物镜的激光进行振幅、相位、偏振等调制，以产生焦点区域各种强度分布、相位分布和偏振分布的光斑一直是一个非常重要的研究方向。目前已可以对焦点的数量、位置、偏振、位相和强度分别独立进行调制。

随着纳米微结构、微光电器件、人工超材料研究的深入，这类器件和材料的照明与激发光路已显得越来越重要。如表面等离激元开关、表面等离激元逻辑门的照明需要在横向同一平面内的多个位相、数量、位置、偏振可控的微米尺寸聚焦激光光斑。

由于波长比较短，表面等离激元为获得更高分辨率的光场提供了一种可能。例如，表面等离激元光刻就是利用了波长更短的特点。表面等离激元的增强和压缩是上述应用所必须的。而表面等离激元透镜是一种比较常见的增强和压缩的方法。但是目前表面等离激元透镜的结构都是圆对称结构。照明方法则大多数用径向偏振光或圆偏振光。圆对称结构虽然可以产生高度压缩和增强的圆对称表面等离激元光斑，可是这种结构是圆形封闭的。表面等离激元光斑无法作为微纳光子学的一个光源或输入端应用于其他集成器件。因此，研究一种开放的能够克服圆对称封闭式结构缺陷的表面等离激元透镜结构成为一个重要的问题。然而现有的开放式结构及其照明方法通常无法实现表面等离激元的增强和压缩。为此，本发明提出一种可以实现表面等离激元增强和压缩的直线状表面等离激元透镜结构及其相应的照明方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可以实现表面等离激元增强和压缩的直线状表面等离激元透镜结构及其相应的照明方法。

本发明所提供的技术方案如下：

一种直线型表面等离激元透镜，包括设置在贵金属表面上的两条平行的直线状狭缝，狭缝长度是表面等离激元波长的十倍到二十倍；狭缝的宽度为表面等离激元波长的三分之一，狭缝的深度为贵金属膜的厚度，两条狭缝的间距为一个表面等离激元波长。

本发明还提供了一种直线型表面等离激元透镜的照明方法，包括以下步骤：

步骤S1，根据入射贵金属表面的激光波长确定产生的表面等离激元波长；

步骤S2，根据表面等离激元波长，在贵金属表面制作两条平行的直线状狭缝，狭缝长度是表面等离激元波长的十倍到二十倍，狭缝的宽度为表面等离激元波长的三分之一，狭缝的深度为贵金属膜的厚度，两条狭缝的间距为一个表面等离激元波长；

步骤S3，将准直扩束后的线偏振激光光束利用反射型纯相位空间光调制器进行相位调制，利用4F傅里叶变换系统中继调制相位到物镜后孔径平面，并利用物镜聚焦，产生奇数个独立的、相位可调的、波长尺度大小的、排列成直线状的照明光斑；

步骤S4，直线状照明光斑入射到直线状狭缝结构后，在金属表面激发出向两侧传播的表面等离激元波；入射时，直线状照明光斑排列方向与狭缝方向平行；

步骤S5，当排列成直线状的奇数个相位独立可调的照明光斑形成的波前处于一段圆弧上时，则向两侧传播的表面等离激元波前也处于一段圆弧上，此时圆弧对应的圆心成为表面等离激元波聚焦的位置，贵金属表面的两条平行的直线状狭缝则成为表面等离激元透镜。