[发明专利]一种表面等离激元双焦点透镜

说明书

一种表面等离激元双焦点透镜，涉及表面等离激元。设有金属膜，在金属膜的表面上刻蚀有矩形凹槽阵列，在矩形凹槽阵列一侧设有2个亚波长尺寸的焦点，用于实现双焦点聚焦。所述金属膜可采用金、银、铝等中的一种，所述金属膜所浸没的环境介质材料可选自空气、玻璃、水等中的至少一种。利用波动光学的理论，提供一种能实现两个焦点的表面等离激元透镜。该透镜结构紧凑，使用灵活，且能调控两个焦点的强度比值，有望在微纳光学领域中的高分辨成像、光互连、分束等方面获得应用。整体结构小，可以做到几十个微米尺度，适合集成。焦点横向半宽小，可以实现亚波长焦点的双聚焦。

技术领域

本发明涉及表面等离激元，尤其是涉及一种表面等离激元双焦点透镜。

背景技术

表面等离激元(Surface Plasmon Polariton)是一种局域在金属/介质表面的电磁场表面模式，其特点是电磁场强度在垂直于金属表面的方向上指数衰减；并且以大于介质中同频率光子的波数沿金属表面传播。在一定条件下，光和表面等离激元之间可以实现能量转换。这使得人们可以利用表面等离激元在微米乃至纳米尺度的范围内对光进行操控。基于表面等离激元的各种功能器件的研究以及相关理论研究成为近年来的热点，吸引着众多科研人员的关注([1]W.L.Barnes,A.Dereux,and T.W.Ebbesen,“Surfaceplasmonsubwavelength optics,”Nature 424,824-830(2003))。

在众多表面等离激元的平面光子学器件中，表面等离激元透镜件的研究一直是表面等离激元器件研究的热点，这是因为实现聚焦直接关系到显微成像、探测、光存储、光镊等应用功能。目前大多数的表面等离激元透镜只具有单个焦点。

发明内容

本发明的目的在于利用波动光学的理论，提供能实现两个焦点，结构紧凑，使用灵活，且能调控两个焦点的强度比值，在微纳光学领域中的高分辨成像、光互连、分束等方面获得应用的一种表面等离激元双焦点透镜。

本发明设有金属膜，在金属膜的表面上刻蚀有矩形凹槽阵列，在矩形凹槽阵列一侧设有2个亚波长尺寸的焦点，用于实现双焦点聚焦。

所述金属膜可采用金、银、铝等中的一种，所述金属膜所浸没的环境介质材料可选自空气、玻璃、水等中的至少一种。金属膜和所浸没的环境材料原则上不限制，只需满足在选定的波段，两者界面能支持表面等离激元的传播即可。所述金属膜的厚度原则上不做限制，可以是无穷厚的金属表面或厚度为几十～几百纳米的金属薄膜，只需满足在选定的波段，在金属膜和所浸没的环境材料界面能支持表面等离激元的传播即可，视具体情况而定。

所述矩形凹槽阵列被刻蚀在金属膜表面，即在金属表面挖去长方体空腔，所述长方体空腔的长度与表面等离激元波长在相同数量级，长方体空腔的长度为几百纳米～几个微米之间，宽度为表面等离激元半波长，约为几百纳米，深度为几十纳米。

所述矩形凹槽阵列的中心位置和长度可由方程组(1)和(2)确定：