本發(fā)明屬于光學(xué)和光電技術(shù)領(lǐng)域，涉及納米光電器件、表面等離子體激發(fā)、納米聚焦和矢量場，特別是一種高空間分辨率、高靈敏度、能產(chǎn)生強縱向偏振電場的金屬光電探針。

背景技術(shù)：

產(chǎn)生具有大縱向偏振電場分量的納米聚焦強場，對于提高單分子成像、熱輔助磁記錄、納米光刻及誘發(fā)熱電子至關(guān)重要。目前已有多種增強納米聚焦的金屬結(jié)構(gòu)，其中最常用的是金屬納米線性錐形結(jié)構(gòu)，但是線性納米結(jié)構(gòu)的聚焦存在局限性，能通過改變曲率半徑對光場進行聚焦，不具有非線性特性，使得對表面等離激元的研究和應(yīng)用存在局限性。因此我們提出研究對數(shù)型非線性金屬納米錐結(jié)構(gòu)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是為產(chǎn)生具有大縱向偏振電場分量的納米聚焦矢量場，提供一種高空間分辨率和高靈敏度的對數(shù)型非線性金屬納米錐探針。

本發(fā)明提供的高空間分辨率和高靈敏度的對數(shù)型非線性金屬納米錐探針，由對數(shù)型金屬納米非線性錐形結(jié)構(gòu)構(gòu)成，該探針在柱狀坐標(biāo)系的結(jié)構(gòu)方程h(ρ,θ)為：

其中：ρ和θ分別是柱狀坐標(biāo)系下的半徑和角度，h₀是預(yù)設(shè)的高度參數(shù)，R是底面半徑，h₀和R的大小在納米量級。N為對數(shù)型非線性因子，且24≤N≤27，N為正整數(shù)。

所述的對數(shù)型非線性金屬納米錐探針。當(dāng)入射光(特別是徑向偏振光)照射對數(shù)型金屬納米錐探針底面時，在金屬表面激發(fā)表面等離激元，并沿著對數(shù)型非線性金屬納米錐的彎曲表面向頂端傳播，并不斷壓縮和聚焦，形成高度局域的納米聚焦強場。

所述的對數(shù)型非線性金屬納米錐探針，由于該探針的結(jié)構(gòu)為對數(shù)型非線性結(jié)構(gòu)，表面等離激元沿曲面表面?zhèn)鞑ピ陧敹诵纬蓮姸冗_4個數(shù)量級的納米聚焦電場。

所述的對數(shù)型非線性金屬納米錐探針，在金屬材料和其結(jié)構(gòu)參數(shù)確定的條件下，通過改變對數(shù)型非線性因子N可以得到不同強度增強的納米聚焦場，且強度均可達4個數(shù)量級。

本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果：

本發(fā)明提供的對數(shù)型非線性金屬納米錐探針，當(dāng)入射光(特別是徑向偏振光)照射探針底面時，在其底面的邊緣激發(fā)表面等離激元，等離激元沿著錐的彎曲表面向頂端傳播，并不斷旋轉(zhuǎn)、壓縮和聚焦，在頂端形成納米聚焦的高局域強電場。該聚焦電場不僅具有很大的縱向偏振分量，有利于提高納米探測和成像的靈敏度，有利于實現(xiàn)納米粒子的操縱和篩選。另一方面，通過改變對數(shù)型非線性金屬納米錐結(jié)構(gòu)的非線性因子N可以實現(xiàn)納米聚焦電場的調(diào)控。

本發(fā)明可用作掃描近場顯微鏡、原子力顯微鏡等掃描探針顯微鏡以及針尖增強拉曼光譜儀的高分辨率和高靈敏度探針。

本發(fā)明在單分子成像、熱輔助磁記錄、納米傳感、納米成像、納米光刻和納米操縱等諸多領(lǐng)域有重要應(yīng)用價值。

附圖說明

圖1是高空間分辨率和高靈敏度的對數(shù)型非線性金屬錐探針結(jié)構(gòu)圖。其中：(a)是對數(shù)型非線性金屬錐探針的主剖視圖；(b)是對數(shù)型非線性金屬錐探針的右剖視圖；(c)是對數(shù)型非線性金屬錐探針的俯視圖。

圖2是當(dāng)總高度h＝600nm時，對數(shù)型非線性金屬錐探針產(chǎn)生的納米聚焦。其中：(a)和(b)分別是電場E在xz和yz平面的強度分布圖，其在探針頂端形成納米聚焦；(c)是在探針焦點附近所在xz平面上|E|²的強度分布。

圖3是當(dāng)24≤N≤27，對數(shù)型非線性金屬納米錐的增強因子與N的關(guān)系圖。

具體實施方式

實施例1

如圖1所示，一種高空間分辨率、高靈敏度、能產(chǎn)生強縱向偏振電場的對數(shù)型納米金屬非線性錐形探針，該探針由對數(shù)型金屬納米非線性錐形結(jié)構(gòu)構(gòu)成，該探針在柱狀坐標(biāo)系下的結(jié)構(gòu)方程h(ρ,θ)為：

其中：ρ和θ是柱狀坐標(biāo)系下的半徑和角度，h₀是預(yù)設(shè)的高度參數(shù)，R是底面半徑，h₀和R的大小在納米量級。N為對數(shù)型非線性因子，且24≤N≤27，N為正整數(shù)。

本發(fā)明中對數(shù)型非線性金屬錐探針的制作可采用電化學(xué)的方法來實現(xiàn)。其具體步驟如下：

(1)利用氨水的腐蝕性以及可編程的電機控制金屬絲的刻蝕出現(xiàn)一個線性錐形結(jié)構(gòu)；

(2)利用高氯酸，將線性的錐進行二次刻蝕，利用可編程的電機控制速度，使不同的位置出現(xiàn)不同程度的刻蝕，從而得到一個非線性的錐。

具體應(yīng)用實例1

對數(shù)型非線性金屬錐探針的具體參數(shù)以如下為例：

材料為銀，入射波長λ_inc＝800nm，此時其相對介電常數(shù)ε_m＝-30.1495+0.3932i，選取h₀＝600nm，R＝300nm，N＝25，入射光為徑向偏振光。

圖2是N＝25時對數(shù)型非線性金屬納米錐探針產(chǎn)生的納米聚焦，其電場的最大強度為15527a.u.，其縱向分量|E_z|²為7942a.u.，占51.15％。圖2中(a)和(b)分別是電場E在xz和yz平面的強度分布圖，其在探針頂端形成納米聚焦；(c)是在探針焦點附近所在xz平面上|E|²的強度分布。

圖3是當(dāng)24≤N≤27時，對數(shù)型非線性金屬納米錐的增強因子與N的關(guān)系圖。