[发明专利]基于金属纳米超表面的亚波长涡旋光束阵列产生方法

权利要求书

1.一种基于金属纳米超表面的亚波长涡旋光束阵列产生方法，其特征在于，该方法包括，首先制备出由金属纳米棒阵列和石英玻璃基底构成的整体呈长方体形状的特定金属纳米超表面结构，所述金属纳米棒阵列包含n个金属纳米棒，其中，n为正整数且n＞4，所述金属纳米棒周期排布在所述石英玻璃基底的上表面上，以所述金属纳米棒阵列上表面所在平面中任意一点为原点，从该原点出发，所述特定金属纳米超表面结构的长度和宽度方向分别为X轴和Y轴、所述特定金属纳米超表面结构厚度的反方向为Z轴；然后将波长为532nm的圆偏振光从Z＜0的区域垂直照射到所述特定金属纳米超表面结构，所述圆偏振光与任意一个金属纳米棒作用后，其光波相位就附加一个相位因子2θ，其中θ为任意一个金属纳米棒长轴与X轴的夹角，因每一个金属纳米棒的长轴与X轴的夹角θ不同，从Z＝0处的XY平面透射出来的圆偏振光在Z＞0的透射区域的不同位置呈现不同的相位，X和Y轴两个方向上相邻的4个金属纳米棒产生一个涡旋光束，该涡旋光束的直径为180nm，由于金属纳米棒阵列的作用，在Z＞0的透射区域产生光能分布均匀且相位螺旋分布的亚波长尺度的涡旋光束阵列；

其中，所述特定金属纳米超表面结构的制备方法包括如下步骤：

S1)在石英玻璃基底上旋涂光刻胶

S11)清洗石英玻璃基底

将长方体形状的原始石英玻璃基底放置于浓度为0.5mol/L，温度为35℃～50℃的HCl溶液中，静置10分钟后，将石英玻璃基底放在50℃左右的纯水中浸泡5分钟，取出石英玻璃基底再用50℃左右的纯水进行二次清洗，完成石英玻璃基底的化学清洗；

S12)烘干石英玻璃基底

将经过步骤S11)处理的石英玻璃基底放置在清洗篮上，并向清洗篮内通入温度为80℃左右的高洁净空气或者氮气，持续10～20分钟，待石英玻璃基底和清洗篮充分干燥后，石英玻璃基底的烘干完成；

S13)旋涂光刻胶

将经过步骤S12)处理的石英玻璃基底吸附在真空卡盘上，调整真空卡盘转速为500rpm，并向石英玻璃基底上表面中心滴入光刻胶，5秒后，将真空卡盘转速提高到3000～7000rpm，甩胶30秒，形成厚度为140nm的光刻胶涂层；

S14)匀胶后软烘石英玻璃基底

待光刻胶在石英玻璃基底上表面涂布均匀后，将经过步骤S13)处理的石英玻璃基底放在80℃的真空热板上软烘2～5分钟；

S2)电子束曝光得到图形

S21)聚焦电子束曝光

用加速电压为30KV，光斑尺寸为30nm，曝光剂量为25μc/cm²的电子束矢量曝光机对经过步骤S1)处理后的石英玻璃基底进行曝光，利用预设程序控制电子束矢量曝光机以在石英玻璃基底上表面得到光刻胶纳米棒的棒长均为90nm，棒宽均为30nm，厚度均为140～150nm的光刻胶纳米棒阵列图形，其中光刻胶纳米棒阵列图形中每1行和每1列的光刻胶纳米棒分别与X轴呈45°、-45°夹角间隔排列，且任意两根相邻的光刻胶纳米棒几何中心之间的距离均为180nm；

S22)曝光后烘干石英玻璃基底

将经过步骤S21)处理后的石英玻璃基底放置于150℃～170℃的烤箱中，烘烤90分钟，并在常温环境中静置冷却30分钟；

S3)显影

S31)显影、定影

将经过步骤S2)处理后的石英玻璃基底浸没在温度为21±0.2℃的显影液中60～120秒，然后放入异丙醇溶液中30～40秒，完成定影，得到位于石英玻璃基底上表面的纳米棒阵列图形；

S32)定影后烘干基片

取出经过步骤S31)处理后的石英玻璃基底放在80℃的真空热板上软烘2～5分钟，得到位于石英玻璃基底上表面的烘干的纳米棒阵列图形；

S33)图形检查、蒸发金属膜

利用扫描电子显微观测技术对经过步骤S32)处理后的石英玻璃基底上表面的烘干的纳米棒阵列图形进行检查，确定该烘干的纳米棒阵列图形合格后用热蒸发台对石英玻璃基底进行金属金(Au)蒸发，其中金(Au)的厚度为20nm～30nm；

S34)去除光刻胶得到金属图形

对经过步骤S33)处理后的石英玻璃基底进行丙酮剥离，去除残留的电子束光刻胶和金属金，在石英玻璃基底上表面得到金纳米棒阵列，其中，该金纳米棒阵列中的金纳米棒尺寸均为长90nm，宽30nm，厚25nm，金纳米棒阵列中每1行和每1列的金纳米棒分别与X轴呈45°、-45°夹角间隔排列，且任意两根相邻的金纳米棒几何中心之间的距离均为180nm，由此得到特定金属纳米超表面结构。