表面等离激元瓶制备方法和装置

本发明涉及光学，特别是涉及表面等离激元瓶制备方法和装置。

背景技术：

1、1986年，能捕获与操纵微粒的光束——“光镊”的提出，打开了用光束捕获粒子的大门。光镊利用了光的梯度力，在不同条件下光会对物体产生推力或吸力，通过对光进行调制，能够实现将粒子限制在光的聚焦点处，从而捕获和操纵粒子。但是光镊存在只能捕获单一粒子的局限性，限制了光镊的使用场景。随后，能够同时捕获与操纵多个粒子的“光瓶”结构被提出。“光瓶”结构同样基于梯度力作用，通过将粒子囚禁在被高势能区包围的低势能区中（即瓶身），实现对多个粒子的同时捕获与操纵，引起了广泛学者的研究。但是在后续的深入研究中，人们发现不管是光镊还是光瓶通常都只能捕获几十纳米到几十微米区间的粒子，这个区间正好是生物细胞、细胞器、生物大分子等的尺寸，因此目前光镊和光瓶技术更多是应用在生物领域。而如果想捕获更小尺度的微粒就会由于衍射极限的原因，不能实现准确地捕获。

技术实现思路

1、基于此，本发明的目的在于，提供一种表面等离激元瓶制备方法和装置。

2、一种表面等离激元瓶的制备方法，包括以下步骤：

3、s10、将激光束调制成以相位延迟叠加的半皮尔斯光束；

4、s20、将所述半皮尔斯光束照射到激发器上，使激发器激发表面等离激元，获得表面等离激元瓶。

5、本发明所述的表面等离激元瓶制备方法，利用表面等离激元效应制备了能够捕获微粒的表面等离激元瓶。相比于现有技术所使用的光瓶，本发明所述的表面等离激元瓶能够突破衍射极限，有效捕获现有光瓶技术不能捕获的更小尺度微粒。并且更进一步地，通过对半皮尔斯光束进行调制能够获得不同形状的表面等离激元瓶，满足更多样的应用需求。

6、进一步地，所述步骤s10还包括：将所述半皮尔斯光束进行滤波，获得仅有相位信息的半皮尔斯光束。

7、进一步地，所述半皮尔斯光束的初始场表达式为：

8、

9、式中为半皮尔斯函数，为二阶啁啾，为束宽，为衰减因子，为分布因子，为位移因子，为第个啁啾因子，为啁啾因子数量。

10、并且，本发明还提供了一种表面等离激元瓶制备装置，包括激光器、空间光调制器和激发器，所述激光器用于产生激光束并照射到空间光调制器，所述空间光调制器用于将所述激光束调制成以相位延迟叠加的半皮尔斯光束并照射到所述激发器，所述激发器被所述半皮尔斯光束照射后激发表面等离激元，获得表面等离激元瓶。

11、进一步地，还包括空间滤波系统，所述空间滤波系统用于将所述空间光调制器调制的半皮尔斯光滤波为仅有相位信息的半皮尔斯光束，滤波后的半皮尔斯光束再照射到所述激发器上。

12、进一步地，所述空间滤波系统包括两个焦距相等的傅里叶透镜和一个可调光阑，所述两个傅里叶透镜间距为两倍焦距，所述可调光阑设置在两个透镜之间，与透镜的距离为一倍焦距，所述傅里叶透镜和可调光阑共光轴。

13、进一步地，还包括扩束器，所述扩束器用于将所述激光器产生的激光束扩束准直。

14、进一步地，还包括分束器，所述分束器为分束立方晶体，所述分束器将激光器产生的激光束分束并将其中一束照射到所述空间光调制器，并且所述空间光调制器调制后的半皮尔斯光束经过分束器后再照射到所述空间滤波系统。

15、进一步地，还包括反射镜，所述反射镜将经空间滤波系统滤波后的半皮尔斯光束垂直反射到所述激发器上。

16、进一步地，所述激发器为蚀刻有周期光栅阵列的银层，所述周期光栅阵列的光栅周期与入射光波长相等。

17、本发明相比于现有技术，具有以下有益效果：

18、（1）利用表面等离激元效应产生表面等离激元瓶，相比于现有的光瓶技术，能够突破衍射极限的限制，有效捕获小尺度微粒。

19、（2）通过空间光调制器对激光束进行调制，获得不同的半皮尔斯光束，能够方便的改变将半皮尔斯光束照射在激发器上所产生的表面等离激元瓶的形状和方向等，更好地满足实际捕获中的不同需求。

20、（3）本发明还提供了一种表面等离激元瓶的制备装置，装置本身结构简单，光路易于调整，抗干扰能力强。

21、为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

技术特征：

1.一种表面等离激元瓶的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的表面等离激元瓶的制备方法，其特征在于：所述步骤s10还包括：将所述半皮尔斯光束进行滤波，获得仅有相位信息的半皮尔斯光束。

3.根据权利要求1或2所述的表面等离激元瓶的制备方法，其特征在于：所述半皮尔斯光束的初始场满足：

4.一种表面等离激元瓶制备装置，其特征在于：包括激光器、空间光调制器和激发器，所述激光器用于产生激光束并照射到空间光调制器，所述空间光调制器用于将所述激光束调制成以相位延迟叠加的半皮尔斯光束并照射到所述激发器，所述激发器被所述半皮尔斯光束照射后激发表面等离激元，获得表面等离激元瓶。

5.根据权利要求4所述的表面等离激元瓶制备装置，其特征在于：还包括空间滤波系统，所述空间滤波系统用于将所述空间光调制器调制的半皮尔斯光束滤波为仅有相位信息的半皮尔斯光束，滤波后的半皮尔斯光束再照射到所述激发器上。

6.根据权利要求5所述的表面等离激元瓶制备装置，其特征在于：所述空间滤波系统包括两个焦距相等的傅里叶透镜和一个可调光阑，所述两个傅里叶透镜间距为两倍焦距，所述可调光阑设置在两个傅里叶透镜之间，与傅里叶透镜的距离为一倍焦距，所述傅里叶透镜和可调光阑共光轴。

7.根据权利要求6所述的表面等离激元瓶制备装置，其特征在于：还包括扩束器，所述扩束器用于将所述激光器产生的激光束扩束准直。

8.根据权利要求7所述的表面等离激元瓶制备装置，其特征在于：还包括分束器，所述分束器为分束立方晶体，所述分束器将激光器产生的激光束分束并将其中一束照射到所述空间光调制器，并且所述空间光调制器调制后的半皮尔斯光束经过分束器后再照射到所述空间滤波系统。

9.根据权利要求8所述的表面等离激元瓶制备装置，其特征在于：还包括反射镜，所述反射镜将经空间滤波系统滤波后的半皮尔斯光束垂直反射到所述激发器上。

10.根据权利要求4-9任一项所述的表面等离激元瓶制备装置，其特征在于：所述激发器为蚀刻有周期光栅阵列的银层，所述周期光栅阵列的光栅周期与入射光波长相等。

技术总结本发明涉及一种表面等离激元瓶制备方法和装置。本发明所述的表面等离激元瓶制备方法包括：将激光束调制成以相位延迟叠加的半皮尔斯光束；将所述半皮尔斯光束照射到激发器上，激发激发器的表面等离激元，获得表面等离激元瓶。本发明所述的表面等离激元瓶制备方法，利用表面等离激元效应制备了能够捕获微粒的表面等离激元瓶。相比于现有的光镊或光瓶技术，本发明所述的表面等离激元瓶能够突破衍射极限，有效捕获现有光镊光瓶技术不能捕获的小尺寸微粒。同时，本发明还提供了一种表面等离激元瓶制备装置，包括激光器、空间光调制器和激发器，所述装置结构简单，光路易调节抗干扰强，便于制备表面等离激元瓶。技术研发人员：邓冬梅,张俊熙,陈彦儒,阮璋受保护的技术使用者：华南师范大学技术研发日：技术公布日：2024/5/27