本發(fā)明涉及全介質(zhì)的無衍射光的生成的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于光柵對耦合激發(fā)BSW實現(xiàn)無衍射光束的光學(xué)芯片。

背景技術(shù)：

布洛赫波(BSW)存在于光子晶體缺陷層與周圍介質(zhì)層的表面，可以被看成是低損耗和高局域性表面等離子體(SPP)的類似物。與SPP類似，BSW應(yīng)用于納米級光路，化學(xué)以及生物傳感、氣體傳感、熒光輻射增強和表面增強拉曼散射(SERS)等。BSWs與SPP有以下區(qū)別：(1)BSWs沒有金屬的吸收損耗，因此布洛赫波有高的質(zhì)量因子以及長的傳播長度；(2)能制作光子晶體的介質(zhì)材料有多種選擇，因此可制作出深紫外到近紅外波段的BSWs，然而SPPs在紫外波段以及可見波段的傳輸損耗非常高；(3)熒光在金屬表面淬滅的厲害，然而在介質(zhì)表面就不會存在這個問題。

SPPs和BSWs在界面?zhèn)鞑サ臅r候都有衍射問題存在，這導(dǎo)致光在傳輸?shù)臅r由于波包的橫向擴展而導(dǎo)致的基片元件之間的耦合損耗。在過去幾年中，隨著等離子體技術(shù)的發(fā)展，研究人員提出了許多種產(chǎn)生非衍射光的方法，例如在金屬膜上刻周期性光柵，用空間光調(diào)制器產(chǎn)生等離子體艾里光；在金屬膜上刻寫有光柵對，這樣可以產(chǎn)生余弦高斯等離子體光束；利用楔形的金屬介質(zhì)金屬結(jié)構(gòu)可以將等離子體艾里光變成線型光。這些結(jié)構(gòu)的光學(xué)芯片都存在著一定的局限性，其主要存在的問題為：(1)損耗大。金屬介電常數(shù)的虛部很大，利用金屬結(jié)構(gòu)實現(xiàn)無衍射光束的光學(xué)芯片，其損耗很大，降低了無衍射光束的傳輸長度。(2)實用性差。無衍射光的自彎曲效應(yīng)以及傳輸距離短等特點都極大的降低了其在實用過程中的使用效果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的克服金屬的吸收損耗，利用介質(zhì)光柵對與布拉格反射單元的耦合，實現(xiàn)全介質(zhì)的無衍射光，是一款結(jié)構(gòu)簡單，低加工成本的光學(xué)芯片。

本發(fā)明實現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案如下：

一種基于光柵對耦合激發(fā)BSW實現(xiàn)無衍射光束的光學(xué)芯片，該光學(xué)芯片包括玻璃基底、布拉格反射單元、光柵對和去離子水；其中，所述的布拉格反射單元、去離子水依次排放在玻璃基底上；所述光柵對置于布拉格反射單元頂層內(nèi)；所述的布拉格反射單元和光柵對與去離子水之間會產(chǎn)生BSW光束，光柵對所產(chǎn)生的兩束BSW發(fā)生干涉產(chǎn)生無衍射BSW光束。

其中，所述的布拉格反射單元由高折射率介質(zhì)Si₃N₄層和低折射率介質(zhì)SiO₂層交替組成，頂層為SiO₂缺陷層，一共14層。

其中，所述的布拉格反射單元中交替的Si3N4、SiO2以及缺陷層厚度均可調(diào)，以控制布拉格反射單元的反射曲線，調(diào)節(jié)BSW耦合出射共振峰的位置。

其中，所述的光柵對周期為460nm，線寬為200nm，深度為100nm，長度為30μm，周期個數(shù)為20個，光柵對夾角為170度，可以通過改變光柵對的長度和角度角度來改變無衍射光束的長度，通過改變光柵對的深度和線寬來改變耦合效率。

本發(fā)明技術(shù)方案的原理為：一種基于光柵對耦合激發(fā)BSW實現(xiàn)無衍射光束的光學(xué)芯片，該光學(xué)芯片包括玻璃基底、布拉格反射單元、刻在布拉格反射單元頂層的光柵對和去離子水；其中，所述的布拉格反射單元和光柵對以及去離子水被激光激發(fā)后會產(chǎn)生兩束BSW，兩束BSW干涉產(chǎn)生無衍射光波；利用聚焦離子束刻蝕的方法刻寫的在布拉格反射單元頂層的兩組光柵夾角可變，周期可變，線寬可變，深度可變，位置可變，單縫長度可變；光柵對的周期與布拉格反射單元的BSW的波長匹配，可以達到最大的耦合效率；光柵對的深度和線寬改變，可以提高BSW的耦合效率；在無衍射BSW路徑上刻寫小孔障礙物，無衍射BSW會產(chǎn)生自修復(fù)現(xiàn)象；改變小孔的大小，可以改變自修復(fù)距離。

在多層介質(zhì)膜組成的布拉格反射單元會產(chǎn)生BSW，激光打在光柵對上會耦合激發(fā)BSW，兩個光柵有一定的夾角，因此兩束布洛赫波會重疊，重疊的部分發(fā)生干涉，形成無衍射光波。

本發(fā)明和傳統(tǒng)技術(shù)相比的特點為：

(1)表面結(jié)構(gòu)簡單：僅需在布拉格反射單元頂層刻寫有一定夾角的兩組光柵以及特定位置的小孔；

(2)易于加工：對于光柵對的位置，縫長、深度、線寬等沒有嚴格的要求，這在很大程度上降低了加工的難度；

(3)實用性強：衍射光波傳輸?shù)穆窂缴戏胖谜系K物，無衍射光波能很快的自修復(fù)，增加了無衍射光束的實用性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種基于光柵對耦合激發(fā)BSW實現(xiàn)無衍射光束生成的光學(xué)芯片的結(jié)構(gòu)立體示意圖；

圖2為本發(fā)明一種基于光柵對耦合激發(fā)BSW實現(xiàn)無衍射光束生成的光學(xué)芯片的結(jié)構(gòu)切面示意圖；

圖3為利用該芯片得到的無衍射余弦高斯布洛赫波光束實驗前焦面像，后焦面像，理論前焦面像，理論和實驗的強度輪廓圖，單個光柵激發(fā)表面布洛赫波前焦面像，其中，圖3(a)為無衍射BSW生成的像面圖，圖3(b)和圖3(d)分別為實驗和理論得到的無衍射光束橫截面的擬合示意圖，圖3(c)為用FDTD模擬的結(jié)果示意圖，圖3(e)為單個光柵激發(fā)的情況示意圖，圖3(f)為和圖3(g)分別為圖3(a)和圖3(e)對應(yīng)的后焦面圖。

附圖標(biāo)記含義為：1為玻璃基底，2為布拉格反射單元，3為光柵對，4為去離子水，5為Si3N4層，6為SiO2層，7為SiO₂缺陷層。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細描敘。

實施例1：

參照圖1-2所示的一種基于光柵對耦合激發(fā)BSW實現(xiàn)無衍射光束的光學(xué)芯片，包括玻璃基底1，布拉格反射單元2，光柵對3，去離子水4。其中布拉格反射單元由66nm Si₃N₄層5和110nm的SiO₂層6交替組成，頂層的SiO₂缺陷層7厚度為450nm?？逃泄鈻艑Φ闹芷跒?60nm，角度為170°，深度為100nm，線寬為200nm。布拉格反射單元表面BSW的波矢460nm，與光柵對的周期相匹配。633nm激發(fā)光從光學(xué)芯片上方入射，與布拉格反射單元以及光柵對耦合產(chǎn)生無衍射BSW，無衍射BSW與激發(fā)光以不同角度輻射下來，BSW角度為64度，我們可以通過圖3(f)和圖3(g)后焦面圖推出輻射角度。圖3(a)是無衍射BSW生成的像面圖，圖3(c)是用FDTD模擬的無衍射光束的結(jié)果，圖3(e)是單個光柵激發(fā)的情況。圖3(b)和圖3(d)分別為實驗和理論結(jié)果的無衍射光束橫截面的擬合可以看到不同傳播位置處的半高寬不變，而且實驗和理論的半高寬一致，橫截面曲線擬合圖可以很直觀的看出無衍射BSW光的無衍射特性。

本發(fā)明未詳細闡述的部分屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)。