一种等离激元超晶格的构筑及调控方法

本发明涉及一种超构表面器件的设计运用方法，尤其是一种等离激元光场的调控方法。具体说是一种基于六方等离激元超表面结构的表面等离激元增强及调控的方法。

背景技术：

1、信随着信息网络的发展，片上光学应用(例如能量收集，传感，量子操纵等)非常需要一种能够将传播的表面等离激元耦合聚焦到小区域并对其进行调控、操纵的设备，然而当前技术存在设备占地面积大、工作效率低和光操纵自由度不足的问题。

2、在纳米科技领域的快速发展中，等离激元超表面作为一种新型的纳米光学材料引起了广泛关注。等离激元超表面是由微观尺度上排列的纳米结构构成的表面，具有优异的光学特性，能够实现对光波的高度调控和定向传输。这种材料的独特性质使其在光学通信、传感、成像和光学芯片等领域具有潜在的应用前景。

3、等离激元超表面可以实现对光波的高效调控，因此在光学通信系统中具有重要应用前景。通过设计合适的超表面结构，可以实现光波的聚焦、分束、偏转等功能，从而提高光通信系统的传输效率和容量。等离激元超表面对周围环境的微小变化具有高度敏感性，因此在传感技术领域有着广泛的应用前景。利用超表面的表面增强效应，可以实现对生物分子、化学物质等的高灵敏检测，为医学诊断、环境监测等提供新的解决方案。等离激元超表面具有超分辨率成像的潜力，可以突破传统光学成像的分辨率限制，实现对微观结构的高分辨率成像。这对于生物医学、材料科学等领域的研究具有重要意义，有望推动成像技术的发展。

4、目前，等离激元超表面的制备技术仍面临一些挑战，包括制备成本高、工艺复杂等问题，限制了其大规模应用。此外，等离激元超表面的耐久性也是一个挑战，特别是在长时间、高强度光照射下容易发生结构损坏或性能衰减，影响其稳定性和可靠性。另外，目前等离激元超表面的集成度相对较低，尚未实现与现有光电子器件的高度集成，这限制了其在实际应用中的灵活性和可扩展性。

5、为此，本发明将针对表面等离激元的构筑及调控的机制进行深入探究。主要研究纳米狭缝的尺寸，旋转角度和入射圆偏振光的手性对光场的调控和演化规律，进而产生稳定的hexagonal、hexagonal vortex、kagome以及honeycomb晶格光场。并在此基础上，引入额外的狭缝单元，进一步设计增强型hexagonal晶格光场，具体研究狭缝距离新型六方器件边角的距离以及狭缝放置的个数对中心光场强度及分布的影响，拟采用泄漏辐射显微平台对所述样品激发的泄漏辐射和光散射信号进行收集，处理后聚焦到ccd靶面采集傅里叶平面成像信息。

技术实现思路

1、本发明目的是针对现有的表面等离激元存在的自旋分量调控自由度不足，占地面积大工作效率低、光操纵自由度不足以及近场光学显微镜使用成本高过程复杂等问题，发明一种等离激元超晶格的构筑及调控方法，并采用泄漏辐射显微平台对激发的光场进行验证以及观测。

2、本发明的技术方案是：

3、一种等离激元超晶格的构筑及调控方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

4、首先，通过构筑六方等离激元超表面器件，引入几何相位(pb phase)。在泄漏辐射显微平台上利用入射圆偏振入射光入射器件，激发得到稳定的hexagonal、hexagonalvortex、kagome以及honeycomb晶格光场；

5、其次，引入额外的携带有几何相位和动态相位的狭缝单元，进一步设计增强型hexagonal晶格光场；

6、接着，具体研究狭缝距离新型六方器件边角的距离以及狭缝放置的个数对中心光场强度的影响，并建立构效关系。

7、然后，构建泄漏辐射显微平台，基于油浸物镜和ccd相机对所激发的光场进行探测，检验。

8、最后，构建基于傅里叶空间成像原理的出射光探测系统，通过油浸物镜收集光，利用傅里叶空间成像原理构建探测系统，ccd相机获得出射光傅里叶空间图像后，对实平面结果进行验证。

9、所述六方等离激元超表面器件包括石英基地部分、镶嵌在石英基低上的金膜、刻蚀在金膜上的狭缝单元组成的六边形阵列。所述的超构表面器件可以是增强型，也可以是基础型，均可获得稳定的hexagonal型晶格光场。

10、所述出射光探测系统由油浸物镜、镜筒透镜、线偏振片、1/4波片和ccd相机等组成，油的光学特性与玻璃接近，因此不会产生折射或者折射率较小，物镜的分辨率大幅提高；油浸物镜收集光束或经傅里叶变换后从镜筒投射出射，由额外透镜成像后经过检偏最后经过ccd仪器收集图像。

11、所述的纳米狭缝单元，其长度范围为200nm-250nm，宽度范围为100nm-150nm，厚度为100nm。

12、所述波源为波长633nm的激光，通过线性偏振片和1/4波片组合作为起偏器，调制出左、右圆偏振光，再经过40倍物镜将圆偏振光聚焦到样品上表面上。

13、所述器件表面激发的光场u(x’，y’)在傅里叶平面映射的光场u(x，y)满足夫琅禾费衍射公式：

14、

15、本发明方案的有益效果是：

16、本发明目的是针对现有的表面等离激元存在的自旋分量调控自由度不足、占地面积大工作效率低、光操纵自由度不足以及近场光学显微镜使用成本高过程复杂等问题，发明一种新型的六方等离激元超构表面构筑调控的方法，并采用泄漏辐射显微平台对激发的光场进行验证以及观测。

技术特征：

1.一种等离激元超晶格的构筑及调控方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：通过调控六方器件组成结构单元的长宽比以及结构整体的几何相位，从而产生稳定的hexagonal、hexagonal vortex、kagome以及honeycomb晶格光场。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：蕴含不同拓扑荷数的晶格场为六方器件激发光场的分量，其晶格构型取决于器件蕴含的几何相位。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的狭缝单元的排布满足类余弦分布规律，其峰值差为表面等离激元的波长。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的油浸物镜收集下方泄漏辐射和光散射信号；油浸物镜收集的泄漏辐射和光散射信号经傅里叶变换后从镜筒透射出射，由额外透镜成像后经过ccd仪器收集图像。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的狭缝单元为纳米单元，其长度范围为200nm-250nm，宽度范围为100nm-150nm，厚度为200nm。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述激光波源的波长为633nm，通过线性偏振片和1/4波片组合作为起偏器，调制出左、右圆偏振光，再经过40倍物镜将圆偏振光聚焦到样品上表面上。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述六方器件表面激发的光场u(x’，y’)在傅里叶平面映射的光场u(x，y)满足夫琅禾费衍射公式：

技术总结一种基于六方等离激元超表面结构的新型六方器件构筑办法，其特征是通过将几何相位和动态相位引入到等离激元超表面器件上，通过入射圆偏振光的激发，能够产生光场强度连续可调的稳定的Hexagonal、Hexagonal vortex、Kagome以及Honeycomb晶格光场，在此之上，引入额外的携带有几何相位和动态相位的狭缝单元，进一步设计增强型Hexagonal晶格光场，具体研究狭缝距离新型六方器件边角的距离以及狭缝放置的个数对中心光场强度的影响，并建立构效关系，最后再泄漏辐射显微平台上对六方器件所激发的光场进行检测。本发明为纳米尺度晶格光场的构筑和调控提供了有效的策略，操作简单，调控效果显著。在构筑等离激元超表面，探测光学进场结构等方面有着巨大的应用前景。技术研发人员：曹水艳,罗宇凡,阚彩侠,姜明明,刘衍朋受保护的技术使用者：南京航空航天大学技术研发日：技术公布日：2024/5/27