CN107908012A - 等腰三角形晶格阵列器件 - Google Patents

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匡登峰
程芳
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Abstract

一种结构产生的光束能用于空间复杂，生长迅速发展不能单独成像细胞的活体成像。该光学器件由等腰三角形阵列构成，微光学阵列能够将单束入射的平面波转化成两束交叉传播的平面波，这两束光相互干涉并在特定传播距离产生强电磁场分布，当入射光照射等腰三角形晶格阵列底面时，形成了微聚焦的阵列光场，同时形成的阵列光场具有较大的稳定性。本发明可在无标记、快速、高空间分辨广角和共聚焦显微镜以及光片显微镜等诸多领域有重要应用价值。

Description

等腰三角形晶格阵列器件
技术领域
本发明属于光学和光电技术领域，涉及纳米光电器件、纳米聚焦和光学成像，特别是一种能产生一种具有高稳定性的阵列光场的等腰三角形晶格阵列器件。
背景技术
产生微聚焦的阵列光束，对于微光学整形、微粒子筛选和操纵都至关重要。单独等腰三角形能够产生一束光束，但是不具有阵列性。目前已经发明的荧光显微镜为活体标本的生理学提供了一个重要的窗口，但许多生物过程过于脆弱，太小，或发生得太快，无法用现有的工具清楚地看到。通过我们设计的等腰三角形晶格阵列器件应用的显微镜中，使我们能够从图像的三维(3D)数百卷的动态。
发明内容
本发明目的是为产生具有较高强度且具有阵列性质的微聚焦光场，提供一种由多个等腰三角形结构复合构成的等腰三角形晶格阵列器件。
本发明单等腰三角形晶格阵列结构能够产生具有较高强度且具有阵列性质的微聚焦光场，强度最大值为2.3a.u.
本发明提供能够产生具有较高强度且具有阵列性质的微聚焦光场的等腰三角形晶格阵列器件，由多个单个等腰三角形构成，微等腰三角形阵列将入射的单束平面波光束转化成两束斜交叉传播的平面波，该边长到对应顶点的高为h，微等腰三角形阵列的周期为Λ，且Λ≥d，h和d在微纳米量级。
该器件在直角系下的结构方程h(x)为：
其中：a、b是三角形结构参数因子，λ是入射光波长，n是介质材料折射率，的大小在微米量级
所述的微等腰三角形阵列为具有微纳米特征尺寸的等腰三角形作为底面的周期性排列构成的阵列。
改变微等腰三角形阵列底面三角形的腰斜率的大小，能够实现对入射光波位相分布和传播方向的调制。
本发明的优点和积极效果：
本发明提供的等腰三角形晶格阵列，当入射光垂直入射等腰三角形晶格阵列器件底面并通过该器件之后，在结构后形成阵列光场。另一方面，通过改变等腰三角形晶格阵列结构的的腰斜率可以实现对纳米聚焦电场的调控。
本发明可在广角和共聚焦显微镜以及光片显微镜成像中，本发明在活体成像、纳米光刻和纳米操纵等诸多领域有重要应用价值。
在无损、无标记、快速、多通道、高空间分辨和高灵敏度单分子检测和诊断技术领域具有重要的潜在应用价值。
附图说明
图1是由多个相同的等腰三角形组成阵列结构的能够产生具有微聚焦效应的阵列光场的等腰三角形晶格阵列
图2是多个相同的等腰三角形组成阵列结构构成的等腰三角形晶格阵列器件的模拟计算结果，即由时域有限差分方法(FDTD)计算的线偏振光入射等腰三角形晶格阵列器件时电场的分布情况。其中：(a)电场E在xy平面上的强度分布图；(b)电场Ex在xy平面上的强度分布图；(c)电场H在xy平面上的强度分布图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本发明提供能够产生具有较高强度且具有阵列性质的微聚焦光场的等腰三角形晶格阵列器件，由多个单个等腰三角形构成，该器件在直角系下的结构方程h(x)为：
其中：a、b是三角形结构参数因子，λ是入射光波长，n是介质材料折射率，和R的大小在微米量级。
本发明中等腰三角形晶格阵列器件的制作可采用光刻工艺和干法刻蚀技术来实现。其具体步骤如下：
(1)利用激光直写/电子束直写方法在光敏介质上曝光，并通过显影制作等腰三角形晶格阵列器件。
(2)利用反应离子刻蚀/电感耦合等离子体刻蚀技术将等腰三角形晶格阵列器件转移到光学玻璃上。
具体应用实例1
等腰三角形晶格阵列器件的具体参数以如下为例：
材料为玻璃，入射波长λinc＝632.8nm，此时其折射率n＝1.5，等腰三角形晶格阵列器件的高度最大值即为h＝λ/(n-1)，在时域有限差分计算方法(FDTD)中，以入射光为线偏振光为例进行模拟计算分析，线偏振光取偏振方向沿x正方向。
图2是由FDTD计算的线偏振光垂直入射等腰三角形晶格阵列器件时的场分布。等腰三角形晶格阵列器件对线偏振光聚焦，同时因为多个单个器件的原因，使得光束是阵列形式，其电场的最大强度为2.3a.u.，图2中(a)是电场E在x＝0处xy平面上的强度分布图；(b)是电场Ex在xy平面上的强度分布图；(c)是H在xy平面上的强度分布图.
当入射光垂直入射等腰三角形晶格阵列器件底面并通过该器件之后，经过等腰三角形品格阵列结构中三角形结构的微聚焦作用和周期性的特性，在等腰三角形晶格阵列结构前端形成具有阵列性质且具有微聚焦的效应。同时通过改变等腰三角形晶格阵列结构的的腰斜率可以实现对微聚焦电场强度的调控。

Claims (3)

1.一种产生的光束能用于空间复杂，生长迅速发展不能单独成像细胞的活体成像的器件，该器件其特征在于由等腰三角形阵列构成，微等腰三角形阵列将入射的单束平面波光束转化成两束斜交叉传播的平面波，该边长到对应顶点的高为h，微等腰三角形阵列的周期为Λ，且Λ≥d，h和d在微纳米量级。
2.根据权利要求1所述的等腰三角形晶格阵列器件，其特征在于在介质材料和结构参数确定的条件下，当入射光垂直入射等腰三角形晶格阵列器件底面并通过该器件之后，在等腰三角形晶格阵列结构后形成阵列场。在直角坐标系下的结构方程h(x)为：
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其中：a、b是三角形结构参数因子，λ是入射光波长，n是介质材料折射率，的大小在微米量级。
3.根据权利要求1或2所述的等腰三角形晶格阵列器件，其特征在于在金属材料和结构参数确定的条件下，光束通过等腰三角形晶格阵列结构能产生微聚焦的高稳定性的阵列光束。另外，通过改变等腰三角形晶格阵列结构的的腰斜率可以实现对纳米聚焦电场的调控。
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