螺旋轴锥镜产生的新型光束激发局域表面等离激元的研究

国际上，将局域表面等离激元应用到光刻、显微镜以及生物传感和检测方面正受到极大关注。入射光与局域表面等离激元的耦合效率逐渐成为表面等离激元元件小型化和应用中的关键问题和重点研究对象。除了通过在薄膜表面制作微细结构实现对局域表面等离激元的调控之外，改变入射激光束的特性已成为调控局域表面等离激元和提高耦合效率的另一种重要途径和手段。本项目提出利用螺旋轴锥镜（Helical Axicon）产生的新型光束激发局域表面等离激元，新型光束集中了螺旋位相板产生的光学涡旋和轴锥镜产生的贝塞尔光束二者的优势，其作为激发光束既可以产生高度局部化的表面等离激元，又能提高耦合效率。本项目将建立新型光束激发局域表面等离激元的理论模型，理解其中的能量转移机理和过程，实现螺旋轴锥镜的优化设计；研究螺旋轴锥镜的微细加工技术，构建局域表面等离激元激发和耦合效率探测的实验系统。提供具有自主知识的局域表面等离激元调控技术和手段。

入射光与局域表面等离激元的耦合效率逐渐成为表面等离激元元件小型化和应用中的关键问题和重点研究对象。本项目利用螺旋轴锥镜产生的新型光束激发局域表面等离激元，集中了螺旋位相板产生的光学涡旋和轴锥镜产生的贝塞尔光束二者的优势，既可以产生高度局部化的表面等离激元，又能提高光与局域表面等离激元的耦合效率。本项目设计了能够提高局域表面等离激元的耦合效率的微轴锥镜和螺旋轴锥镜；首次提出了微轴锥孔和微轴锥孔阵列的概念并设计了其优化的结构参数；研究了基于激光直写和电感耦合等离子体刻蚀的微轴锥镜、螺旋轴锥镜、微轴锥孔和微轴锥孔阵列的高精度微细制作方法，得到了优化的工艺参数；构建光学系统测量了微轴锥镜、螺旋轴锥镜、微轴锥孔和微轴锥孔阵列产生的光束及其传播特性，测量结果和理论计算结果吻合；实现了利用单帧干涉图测量微轴锥镜等微光学元件三维结构参数的实验研究；构建了泄露辐射显微系统,测量了光束与局域表面等离激元的耦合效率。提出并证明了利用微三棱柱提高纳米金属结构表面等离激元激发效率以及纳米金属锥孔纳米聚焦。在纳米光刻、纳米传感、纳米成像以及新一代光学信息处理等诸多领域有重要应用价值。