，不容易坍塌。所以這種制備方案的可重復(fù)性高，有助于提高成品率。并且，由于圓錐形表面形成螺旋波紋結(jié)構(gòu)，這種螺旋波紋自然地形成對(duì)稱破損，從而徹底消除等離激元在表面?zhèn)鞑ゴ嬖诘南嘞缮妫M(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)線偏入射偏振方向不敏感的超強(qiáng)聚焦，方便實(shí)際應(yīng)用。
[0053]另夕卜，通常三維圖形結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可通過設(shè)計(jì)軟件(例如AutoCAD, GoogleSketchup, Matlab等)來完成。在設(shè)計(jì)出所需的圖形結(jié)構(gòu)后,將圖形進(jìn)行切片處理,形成很多相應(yīng)的切片層并產(chǎn)生龐量的曝光點(diǎn)。理論上，控制X-Y樣品臺(tái)或者控制壓電陶瓷臺(tái)和X-Y樣品臺(tái)移動(dòng)，使得激光直寫體像素對(duì)每一切片層的龐量曝光點(diǎn)進(jìn)行曝光，各個(gè)切片層的龐量曝光點(diǎn)所形成的曝光區(qū)拼接起來，就可得到所需的三維圖形。然而，表面具有光柵的三維等離激元光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)的圖形結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，制備這種三維圖形，通常需要500甚至1000以上的切片層，這將就要求激光直寫設(shè)備具有非常高的分辨率，同時(shí)也需要更長(zhǎng)的制作時(shí)間。而本發(fā)明由于采用了上述螺旋上升的掃描軌跡，因此不需要對(duì)復(fù)雜的三維圖形進(jìn)行切片處理，工藝上易于實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，本實(shí)施例的方案由于大大減少了曝光點(diǎn)數(shù)量，顯著地節(jié)省了加工時(shí)間。
[0054]更進(jìn)一步地，本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例還提供了一種優(yōu)選的三維等離激元光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)的制備方法。該方法同樣包括上述步驟I至5，區(qū)別僅在于，所述步驟3中，所述螺旋上升軌跡靠近所述頂點(diǎn)處具有一段長(zhǎng)度小于一個(gè)螺圈的曝光盲區(qū)。在這段曝光盲區(qū)中，停止所述激光直寫體像素對(duì)光刻膠的曝光，即不輸出激光直寫的體像素。除曝光盲區(qū)之外，所述激光直寫體像素沿著所述螺旋上升軌跡進(jìn)行均勻連續(xù)地掃描，形成表面帶有螺旋波紋且靠近頂端處具有帶狀縫隙的中空錐形曝光區(qū)。圖10示出了一個(gè)表面帶有螺旋波紋且靠近頂端處具有帶狀縫隙的中空錐形曝光區(qū)的示意圖，需要說明的是，該圖僅僅是示意圖，制作三維等離激元光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)時(shí)，通常螺圈數(shù)目會(huì)更多且?guī)羁p隙更窄，這樣帶狀縫隙能夠形成狹縫狀。由于有一段帶狀縫隙未被曝光，因此，在步驟4中，這段未被曝光的帶狀縫隙處的光刻膠將被溶解，從而在最終成品靠近錐尖的部位形成相應(yīng)的帶狀縫隙，而該帶狀縫隙就能形成光闌，這能夠進(jìn)一步地增強(qiáng)所制備的三維等離激元光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)的光能透過率。
[0055]示例一:
[0056]發(fā)明人設(shè)置dr = 190nm, dz = 760nm,制備出了錐高40 μ m,底半徑為10 μ m,錐角為28。，螺旋波紋周期dg為783nm的帶有螺旋波紋的中空?qǐng)A錐形結(jié)構(gòu)體，并采用電子束蒸發(fā)方式在步驟4獲得的結(jié)構(gòu)體表面沉積SOnm的Au膜，得到三維等離激元光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)的成品。特性測(cè)試表明，在波長(zhǎng)為794納米，脈寬為70fs的激光照射下，與同樣尺寸的表面光滑的中空錐形結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明的三維等離激元光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)具有清晰的聚焦光斑，并且對(duì)入射光的極化方向不敏感，同時(shí)信躁比也有極大的提高。其中，表面光滑的中空錐形結(jié)構(gòu)的信躁比為3:1，而本發(fā)明的三維等離激元光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)的信躁比提高到了 6:1，此外，本發(fā)明的三維等離激元光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)的錐頂端的場(chǎng)增強(qiáng)提高了 30%。
[0057]另外，需要說明的是，本發(fā)明的制備方法不限于表面帶有波紋的中空?qǐng)A錐形的三維等離激元光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)。例如，可以將三維等離激元光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)的主要輪廓設(shè)計(jì)為中空的金字塔形(即底面為方形的錐形)，在前述步驟3中設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)于中空的金字塔形的螺旋上升曲線掃描路徑，就能形成相應(yīng)的表面帶有波紋的中空金字塔形曝光區(qū)，進(jìn)而獲得形狀大致為中空金字塔形的三維等離激元光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)。
[0058]本發(fā)明特別適合于制備尺寸在10微米?1000微米量級(jí)的三維等離激元光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)。
[0059]最后應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以描述本發(fā)明的技術(shù)方案而不是對(duì)本技術(shù)方法進(jìn)行限制，本發(fā)明在應(yīng)用上可以延伸為其它的修改、變化、應(yīng)用和實(shí)施例，并且因此認(rèn)為所有這樣的修改、變化、應(yīng)用、實(shí)施例都在本發(fā)明的精神和教導(dǎo)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種三維等離激元納米聚焦結(jié)構(gòu)的制備方法，包括下列步驟: 1)在透光的襯底上涂敷光刻膠； 2)對(duì)所述步驟I)的光刻膠，利用激光直寫設(shè)備，使激光直寫體像素沿著一螺旋上升軌跡進(jìn)行掃描曝光，所述螺旋上升軌跡的螺圈逐漸縮小，并且所述螺旋上升軌跡中上下相鄰的螺圈的激光直寫體像素互相交疊； 3)對(duì)完成所述激光直寫掃描曝光的光刻膠進(jìn)行顯影、定影，得到與步驟2)中的曝光區(qū)形狀一致的三維結(jié)構(gòu)體； 4)在所述步驟3)得到的三維結(jié)構(gòu)體表面制備金屬層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維等離激元納米聚焦結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述步驟2)中，所述螺旋上升軌跡的螺圈逐漸縮小直至趨近于一個(gè)頂點(diǎn)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三維等離激元納米聚焦結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述步驟2)中，所述激光直寫體像素沿著所述螺旋上升軌跡均勻連續(xù)地進(jìn)行掃描，直至所述頂點(diǎn)。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三維等離激元納米聚焦結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述步驟2)中，在所述螺旋上升軌跡靠近所述頂點(diǎn)處的一段長(zhǎng)度小于一個(gè)螺圈的曝光盲區(qū)中，停止所述激光直寫體像素對(duì)光刻膠的曝光，除此之外，使所述激光直寫體像素沿著所述螺旋上升軌跡進(jìn)行均勻連續(xù)地掃描，掃描完成后形成表面帶有螺旋波紋且靠近頂端處具有帶狀縫隙的中空錐形曝光區(qū)。5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的三維等離激元納米聚焦結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述步驟2)中，所述曝光區(qū)的形狀大致為中空的圓錐形或者中空的金字塔形。6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的三維等離激元納米聚焦結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述步驟4)中,采用Au或Ag制備所述金屬層。7.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的三維等離激元納米聚焦結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述步驟2)中，所述中空錐形曝光區(qū)的表面的螺旋波紋的間距與所述三維等離激元納米聚焦結(jié)構(gòu)所要傳播的光的波長(zhǎng)匹配。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的三維等離激元納米聚焦結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述步驟2)中，所述中空錐形曝光區(qū)的錐形高度和錐形半徑的比值，與所述三維等離激元納米聚焦結(jié)構(gòu)所要傳播的光的波長(zhǎng)匹配。9.根據(jù)權(quán)利要求1?4中任意一項(xiàng)所述的三維等離激元納米聚焦結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述步驟2)中，所述激光直寫設(shè)備為雙光子三維納米加工系統(tǒng)，所述激光直寫體像素的形狀大致為橢球形，所述步驟2)還包括:通過精確控制所述雙光子三維納米加工系統(tǒng)的壓電陶瓷臺(tái)與X-Y樣品臺(tái)的位移，使所述激光直寫體像素沿著所述螺旋上升軌跡對(duì)光刻膠進(jìn)行掃描曝光。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的三維等離激元納米聚焦結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述步驟2)還包括:在所述雙光子三維納米加工系統(tǒng)中設(shè)定適當(dāng)?shù)募す庵睂戵w像素的橫向尺寸Vx和縱向高度尺寸Vz，使得所述螺旋上升軌跡中上下相鄰的螺圈的激光直寫體像素互相交疊。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種三維等離激元納米聚焦結(jié)構(gòu)的制備方法，包括下列步驟：1)在透光的襯底上涂敷光刻膠；2)對(duì)光刻膠，利用激光直寫設(shè)備，使激光直寫體像素沿著一螺旋上升軌跡進(jìn)行掃描曝光，所述螺旋上升軌跡的螺圈逐漸縮小，并且所述螺旋上升軌跡中上下相鄰的螺圈的激光直寫體像素互相交疊；3)對(duì)光刻膠進(jìn)行顯影、定影；4)制備金屬層。本發(fā)明能夠以易于實(shí)現(xiàn)的工藝，可重復(fù)地制作三維等離激元光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)，所制備的光學(xué)結(jié)構(gòu)能夠使聚焦光斑達(dá)到亞波長(zhǎng)甚至納米尺度，且具有更好的可調(diào)制性。
【IPC分類】G03F7/20, G03F7/00
【公開號(hào)】CN105204289
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410269694
【發(fā)明人】李無瑕, 李家方, 牟佳佳, 顧長(zhǎng)志, 李志遠(yuǎn)
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院物理研究所
【公開日】2015年12月30日
【申請(qǐng)日】2014年6月17日