一种光聚焦结构制造技术

本发明专利技术目的是提供一种光聚焦结构，该结构是由光刻胶构成的三维立体的锥形非对称结构，在该锥形非对称结构的侧面有两个面是锥形的平面，另一个面是锥形的圆弧面，该锥形非对称结构的底面为平面，在该锥形非对称结构的表面镀有金属层。将入射光耦合成金属表面等离子体波在结构尖端聚焦，能够突破衍射极限，使聚焦光斑直径小于100纳米。此外，该结构在任意方向都不存在对称轴，从而在普通未经偏振处理的宽光谱光源照射的情况下，有效利用任意偏振方向的偏振光能量，最大化利用入射光能。该方法可行性高，在应用方面可以制造成光纤探针应用于近场光探测，单分子荧光成像等光学前沿领域，具有极高的科研价值与广阔的市场应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光能聚焦领域。它基于微纳米结构表层的金属与空间光耦合所产生的表面等离子体波，通过该设计的三维结构，汇聚于结构的尖端，形成能量的聚焦。
技术介绍
如何聚焦激光能量，获得尺寸更小的光斑是光能聚焦领域长期研究的问题。普通的光线光学采用的聚焦方案是使用凹凸透镜等透镜系统对空间平行光聚焦，由于光存在衍射极限，这种方法并不能得到尺寸到达几十纳米量级的光斑。波动光学采用的方案是利用波导结构将光这种电磁波转化为波长更短的电磁波从而突破光的衍射极限，使光能被聚焦到几十纳米的量级。光与厚度小于100纳米的金或银层耦合能在金属表层激发表面等离子体波。一个具有尖端的三维金属结构表面传播的表面等离子体波会汇集于尖端并在尖端产生波的干涉。如果考虑到入射光为线偏振光，通常情况下对称结构的尖端会产生摧毁性干涉，削弱聚焦能力。而非对称结构的尖端产生建设性干涉，加强聚焦能力。当前对于表面等离子体聚焦，研究人员设计的聚焦结构对于某一方向偏振的线偏振光具有很好的光能聚焦特性。但是问题在于，大部分的聚焦结构都存在对称轴，调整偏振光的方向就可能造成聚焦效果的消失，此外单方向偏振光能量太弱，不能完全发挥聚焦的效果。因此对于普通光源照射的情况下，入射光的偏振沿着各个方向，如何利用所有偏振方向的线偏振光，并将其有效转化为表面等离子体波在结构尖端产生聚焦，以求聚焦效果的最大化就是研究人员亟需解决的一个问题。而本专利技术由于在任意方向上都不存在对称面，就能够解决这个问题。另外一个制约非对称三维结构设计的一个重要因素在于结构的制作，通常研究人员的方法有化学腐蚀法，模板剥离法，反应离子蚀刻，聚焦离子束粉碎法。对于前三者而言制作的结构不容易控制，所产生的三维结构始终存在对称轴，而对于聚焦离子束粉碎法，价格昂贵且不便于三维尺寸的制作。而当前设计的三维非对称结构可以用3d打印系统进行生产，价格较聚焦离子束粉碎仪更为低廉，可行性好。制作的结构结合光纤可以制备成探针进行近场光学探测，成像等，具有极高的的科研应用价值与广阔的市场应用前景。
技术实现思路
技术问题：本专利技术目的是提供一种光聚焦结构，在宽光谱的照明条件下，将光能聚焦于三维结构的尖端。
技术实现思路
：本专利技术是一种光聚焦结构，该结构是由光刻胶构成的三维立体的锥形非对称结构，在该锥形非对称结构的侧面有两个面是锥形的平面，另一个面是锥形的圆弧面，该锥形非对称结构的底面为平面，在该锥形非对称结构的表面镀有金属层。所述锥形的圆弧面在锥形非对称结构的底面上为一段圆弧，两个锥形的平面在锥形非对称结构的底面上分别为线段AB和线段OB+圆弧的半径，其中线段AB＝OB，AB与OB互相垂直，角BOA等于45度。所述三维立体的锥形非对称结构高度与底面半径之比为4∶1，在任意方向不存在对称轴。所述的金属层的金属为金或银，厚度为50～80纳米。有益效果：该光能聚焦结构具有以下优点：1)聚焦光斑小：将入射光耦合成金属表面等离子体波在结构尖端聚焦，能够突破衍射极限，使聚焦光斑直径小于100纳米。2)能量利用效率高：该结构在任意方向都不存在对称轴，从而在普通未经偏振处理的宽光谱光源照射的情况下，有效利用任意偏振方向的偏振光；3)可行性高：借助市场上比较成熟的微纳米结构3d打印技术，可以方便地制造这种结构。；4)可扩展性高：可以将微纳米结构构建在光纤的端面，可以方便将入射光导入光纤进行测试研究，在应用方面可以制造成光纤探针应用于近场光探测，单分子荧光成像等领域。附图说明图1为该三维非对称结构等轴测视图。图2为该三维非对称结构俯视图。图中有：割截点A，圆心O，割截线AB组成，其中AB与OB互相垂直。图3为底部向上的照明方式，箭头方向代表入射光方向。具体实施方式本专利技术目的是提供一种光聚焦结构，在宽光谱的照明条件下，将光能聚焦于三维结构的尖端。具体实施方案如下：该结构是由光刻胶构成的三维立体的锥形非对称结构，在该锥形非对称结构的侧面有两个面是锥形的平面，另一个面是锥形的圆弧面，该锥形非对称结构的底面为平面，在该锥形非对称结构的表面镀有金属层。所述锥形的圆弧面在锥形非对称结构的底面上为一段圆弧，两个锥形的平面在锥形非对称结构的底面上分别为线段AB和线段OB+圆弧的半径，所述三维立体的锥形非对称结构高度与底面半径之比为4∶1，在任意方向不存在对称轴。结构高度80um，其立体结构如图1所示；结构底面以半径为20um的圆形为基础进行割截，具体尺寸设计如图2所示，其中A为割截点，OA为过割截点与圆心的连线，OA与OB成45度角；在该结构表面镀上金膜和银膜，厚度为50～80纳米。照明采用底部向上的照明方式如图3所示。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光聚焦结构，其特征在于：该结构是由光刻胶构成的三维立体的锥形非对称结构，在该锥形非对称结构的侧面有两个面是锥形的平面，另一个面是锥形的圆弧面，该锥形非对称结构的底面为平面，在该锥形非对称结构的表面镀有金属层。

【技术特征摘要】
1.一种光聚焦结构，其特征在于：该结构是由光刻胶构成的三维立体的锥形非对称结构，在该锥形非对称结构的侧面有两个面是锥形的平面，另一个面是锥形的圆弧面，该锥形非对称结构的底面为平面，在该锥形非对称结构的表面镀有金属层。2.根据权利要求1所述的一种光聚焦结构，其特征在于所述锥形的圆弧面在锥形非对称结构的底面上为一段圆弧，两个锥形的平面在锥形非对...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵祥伟，顾忠泽，孙良栋，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32