專利名稱:一種金屬膜及其制造方法
一種金屬膜及其制造方法技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及近場光學、納米光學技術(shù)領域：
，特別是涉及一種金屬 膜及其制造方法。
背景技術(shù)：
獲取納米尺度的光源是近場光學成像、近場探測與操作、近場光 譜、納米光刻以及近場光存儲等基于近場光學原理的儀器、系統(tǒng)中的 關(guān)鍵技術(shù)之一。近十年來具有納米孔徑的鍍金屬膜光纖探針已被廣泛使用，但是，光纖探針的通光效率很低，通常為1(T4 10-6,并且易受 污染和損壞。為了克服這些問題提出了虛擬光探針的概念，是通過隱 失場干涉和帶小孔的掩模產(chǎn)生約東光場，作為近場光源。這種光源避 免了材料型探針易碎易污染的問題，其通光效率比光纖探針高102 ~ 104倍。但是其光場強度仍然不能滿足實際使用的要求，并且在約東 光場的主峰周圍存在高階模式(旁瓣)，其強度在主峰強度的50%以 上，對主峰的工作造成了很大影響。為了改善光束特性，在隱失場干 涉的介質(zhì)表面制備等離子晶體結(jié)構(gòu)，通過合理選擇等離子晶體的幾何 參數(shù)，可有效增強主峰的光場強度，抑制旁瓣。但是在已有的方案中， 表面等離子體波通常由以表面等離子諧振角入射的光東所激發(fā)，對于 入射角度的要求較嚴格，并且不便與有源器件直接集成。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能產(chǎn)生高強度、旁瓣低的納米光束、并 且可以應用于任意入射角度的亞波長尺度金屬膜結(jié)構(gòu)。特別是提供一 種金屬膜及其制造方法。為達到上述目的， 一方面，本發(fā)明的技術(shù)方案提供一種金屬膜， 所述金屬膜由能夠產(chǎn)生表面等離子諧振的金屬材料制成，所述金屬膜層包括上表面，所述上表面由位于所述上表面中央的中央缺陷和以 所述中央缺陷為中心周期性排列的由第一凹槽和第一凸起組成的多 個上表面周期結(jié)構(gòu)組成，所述中央缺陷和上表面周期結(jié)構(gòu)之間包括第二凹槽；下表面，所述下表面由位于所述下表面中央的平臺狀中央平臺和以所述中央平臺為中心周期性排列的由第三凹槽和第二凸起組 成的多個下表面周期結(jié)構(gòu)組成，所述上表面和所述下表面之間的最大厚度為50 150nm。其中，所述金屬材料為金或銀。其中，所述第一凹槽與第一凸起組成的上表面周期結(jié)構(gòu)的寬度a為所述金屬材料對應的表面等離子波長義SP的一半，第一凹槽深度為10~30nm;所述中央缺陷的長度為0.5a的奇數(shù)倍，所述中央缺陷的縱剖面輪廓為矩形、正弦形、三角形、梯形、半圓形、半橢圓、雙曲線、拋物線中的一種。其中，所述第二凹槽的深度和寬度均大于所述第一凹槽。其中，所述第三凹槽和第二凸起組成的下表面周期結(jié)構(gòu)的寬度為ASP，第三凹槽的深度為10 50nrn;所述中央平臺的長度為1.5ASP。其中，所述金屬膜上、下表面的俯視面形狀為陣列結(jié)構(gòu)或軸對稱 結(jié)構(gòu)；所述金屬膜上、下表面的縱剖面形狀為矩形或正弦形。 其中，所述陣列結(jié)構(gòu)具體為平行槽結(jié)構(gòu)或二維點陣結(jié)構(gòu)。 其中，所述軸對稱結(jié)構(gòu)具體為同心圓環(huán)結(jié)構(gòu)或同心方框結(jié)構(gòu)。 另一方面，本發(fā)明的技術(shù)方案提供一種金屬膜的制造方法，包括 以下步驟在透明基片或單色光源的發(fā)光面上制備一層介質(zhì)膜層；在 所述介質(zhì)膜表面涂上一層光刻膠，通過納米加工方法在所述光刻膠表 面加工出下表面結(jié)構(gòu)，所述光刻膠顯影后，用CF4將光刻膠的圖案干 刻到所述介質(zhì)膜層上，在所述介質(zhì)膜層上利用蒸鍍或濺射方法加工出 金屬膜，所述金屬膜的膜厚與所述介質(zhì)膜上的結(jié)構(gòu)的深度相同，然后 用丙酮去掉光刻膠，完成金屬膜下表面結(jié)構(gòu)的制備；在制備出下表面結(jié)構(gòu)的上述金屬膜表面鍍上一層與上述金屬材料相同的金屬薄膜，通 過所述納米加工方法制作出上表面結(jié)構(gòu)，得到雙面亞波長結(jié)構(gòu)金屬 膜。 —其中，所述納米加工方法包括以下方法的一種或幾種電子束刻 蝕、聚焦離子東刻蝕、化學刻蝕、光刻寫。上述技術(shù)方案僅是本發(fā)明的一個優(yōu)選技術(shù)方案，具有如下優(yōu)點通過將本發(fā)明的金屬膜制備在透明基片作用于入射光場，或制備在單 色光源發(fā)光面上形成有源器件，入射光通過金屬'膜的上下表面的結(jié) 構(gòu)，可以得到一個光場強度大大高于入射光場強度的光源，光斑尺寸 達到納米級，超過了衍射極限，在該納米光東的近場范圍內(nèi)(50 600nm),可以實現(xiàn)近場成像、近場光學數(shù)據(jù)存儲、近場光譜激 發(fā)與探測，以及近場光刻等操作。同時減小了旁瓣雜光的干擾，并且 入射光可以以任意角度入射。


圖1為雙面亞波長結(jié)構(gòu)金屬膜激發(fā)和控制表面等離子體波的原 理示意圖；圖2為本實施例 一的雙面正弦結(jié)構(gòu)金屬膜的縱剖面示意圖；圖3為本實施例 一的膜層表面z=0處磁場強度沿y方向變化曲線圖；圖4a為本實施例二的制作在垂直腔表面發(fā)射半導體激光器發(fā)光 面上的雙面矩形結(jié)構(gòu)金屬膜的縱剖面示意圖；圖4b為本實施例二的制作在垂直腔表面發(fā)射半導體激光器發(fā)光 面上的雙面矩形結(jié)構(gòu)金屬膜的俯視面示意圖；圖5a為本實施例二的膜層表面上方不同距離處磁場強度沿y方 向變化曲線圖；圖5b為本實施例二的膜層表面上方不同距離處磁場強度沿x方 向變化曲線圖；圖6為本實施例三的制作在激光二極管發(fā)光面上的雙面正弦-矩 形結(jié)構(gòu)金屬膜的縱剖面示意圖。圖7為本實施例三的膜層表面上方不同距離處磁場強度沿y方向變化曲線圖。 .具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細 描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明設計了一種能夠產(chǎn)生近場納米光束的.雙面亞波長結(jié)構(gòu)金 屬膜，在一層金屬膜的上下表面上制作具有不同幾何參數(shù)的亞波長結(jié) 構(gòu)，其中金屬膜的下表面由下表面周期結(jié)構(gòu)和中央平臺組成，用于激發(fā)在金屬膜表面相向傳播的表面等離子體波；金屬膜的上表面結(jié)構(gòu)為等離子晶體諧振腔結(jié)構(gòu)，用于增強干涉場中的零階模式，抑制高階模 式，從而形成空間局域的納米尺度近場光源。本發(fā)明所述的金屬膜厚度為50 150nm,金屬材料為金或銀等能 夠產(chǎn)生表面等離子諧振的金屬材料。金屬材料和入射光波長一旦選定，其與空氣的交界面上的表面等離子波的波長XsP也就固定下來，該波長可以通過下面的公式計算得到，公式中金屬的介電系數(shù)可通過 手冊查詢。本發(fā)明所述的金屬膜的上表面結(jié)構(gòu)為表面等離子晶體諧振腔結(jié) 構(gòu)，由位于上表面中央的中央缺陷和多個以所述中央缺陷為中心周期 性排列的由第一凹槽和第一凸起組成的上表面周期結(jié)構(gòu)組成。位于 上、下表面中央的結(jié)構(gòu)，既可以是凸起，也可以是凹陷。下表面中央 的結(jié)構(gòu)通常是平臺狀的，因此用"中央平臺"來表述，包括"凸起" 和"凹陷"；而上表面中央的結(jié)構(gòu)，不僅可以是平臺狀的，還可以是 正弦、三角形、梯形、半圓形、半橢圓、雙曲線、'拋物線等形狀，因 此用"中央缺陷"來表述，"缺陷"的意思是指"破壞了周期性的結(jié) 構(gòu)"。上表面周期結(jié)構(gòu)即為表面等離子晶體，其俯視面形狀可以是陣列結(jié)構(gòu)，如平行槽、二維點陣等，也可以為軸對稱結(jié)構(gòu)，如同心圓環(huán) 或同心方框等，可以與下表面結(jié)構(gòu)的形狀相同，也可以不同；中央缺 陷的俯視面形狀為圓形、方形或菱形中的一種。表面等離子晶體的縱 剖面輪廓形狀為矩形或正弦中的一種，周期(即第一凹槽與第一凸起 組成的上表面周期結(jié)構(gòu)的寬度a)為表面等離子波長的一半，第一凹 槽深度為10 30nm;中央缺陷的縱剖面輪廓為矩形、正弦、三角形、 梯形、半圓形、半橢圓、雙曲線或拋物線中的一種，長度為表面等離 子晶體周期的一半的奇數(shù)倍，即0.5a、 1.5a、 2.5a......。中央缺陷周圍相鄰槽(即第二凹槽)的深度大于表面等離子晶體的第一凹槽的深度， 其寬度大于表面等離子晶體第一凹槽的的寬度。金屬膜的下表面結(jié)構(gòu) 由多個下表面周期結(jié)構(gòu)和中央平臺組成。下表面周期結(jié)構(gòu)由以中央平 臺為中心周期性排列，由第三凹槽和第二凸起組成。其俯視面形狀可 以是陣列結(jié)構(gòu)，如平行槽、二維點陣等，也可以是軸對稱結(jié)構(gòu)，如同心圓環(huán)或同心方框等；縱剖面輪廓為矩形或正弦中的一種。下表面周 期結(jié)構(gòu)的周期(即為第三凹槽和第二凸起組成的下表面周期結(jié)構(gòu)的寬度)與金屬-空氣界面的表面等離子波長相等，第三凹槽深度為 10 50nm;中央平臺長度為表面等離子波長的1.5倍。本發(fā)明所述的膜層可作為獨立器件制備在透明基片上，由入射光 照射產(chǎn)生近場納米光東，入射光為線偏振或徑向偏振、入射角為任意 角度的平面波或高斯光束；也可集成在單色光源的發(fā)光面上，形成能 夠產(chǎn)生近場納米光束的有源器件。單色光源為激光二極管、半導體激 光器、垂直腔表面發(fā)射激光器、光纖探針等有源器件。本發(fā)明的工作原理是基于下表面周期結(jié)構(gòu)激發(fā)表面等離子體波、 并受到上表面等離子晶體的控制作用，具體表現(xiàn)為在金屬和空氣界面 上激發(fā)的表面等離子體波在表面等離子晶體中不能在平面內(nèi)傳播，而 只能局域在其中的諧振腔里。這種激發(fā)與控制的產(chǎn)生主要在于光東 入射到金屬膜的下表面，將受到該結(jié)構(gòu)中下表面周期結(jié)構(gòu)的衍射，當滿足如下匹配條件時，衍射分量將在金屬-空氣界面上激發(fā)出沿表面 傳播的等離子體波，其波長為入SP。
<formula>formula see original document page 9</formula>
其中Sd、 sQ、 s(co)分別為介質(zhì)、空氣和金屬的介電系數(shù)。該系數(shù)均可以通過手冊查詢；e為光束入射角，垂直入射情況下6=0; 入為入射光波長，入sp為金屬-空氣界面上的表面等離子體波波長，D 為下表面周期結(jié)構(gòu)周期(即為第三凹槽和第二凸起組成的下表面周期 結(jié)構(gòu)的寬度)，m為整數(shù)，取值為士l, ±2,±3...， Re表示取實部。下表 面周期結(jié)構(gòu)激發(fā)出沿金屬膜表面相向傳播的表面等離子體波，在中央 平臺處產(chǎn)生干涉，形成干涉模式。在金屬膜上表面制備表面等離子晶 體諧振腔結(jié)構(gòu)，作用于上述的表面等離子體波干涉場。其中表面等離 子晶體結(jié)構(gòu)的周期為表面等離子體波波長的一半(即XSP/2)，從而對 表面等離子體波產(chǎn)生布拉格(Bragg)反射，使表面等離子體波在上 表面中不能傳播；而表面等離子晶體結(jié)構(gòu)中的中央缺陷則使受到抑制 的表面等離子體波產(chǎn)生局域諧振，從而形成高強度、低發(fā)散角、低旁 瓣的近場納米約束光場。其原理如圖l所示，其中l(wèi)為對稱軸，2為透 明基底(介電系數(shù)spl)， 3為金屬膜(介電系數(shù)s(w)隨入射光波長 而不同，其對應關(guān)系可通過手冊查詢)，4為空氣層(介電系數(shù)￡。=1), 5為金屬膜的帶有中央平臺的下表面周期結(jié)構(gòu)，6為金屬膜上表面的等 離子晶體諧振腔結(jié)構(gòu)，7為垂直入射的單色光，8、 9為金屬膜的下表 面周期結(jié)構(gòu)激發(fā)出的兩東沿金屬膜表面相向傳播的表面等離子體波， IO為金屬膜上表面的光場分布，其光場被局域在表面等離子晶體諧振 腔中，場強高于入射光場的強度，光斑尺寸在一定范圍內(nèi)可保持不變。 這種約束光場的分布主要受系統(tǒng)的材料參數(shù)和亞波長金屬結(jié)構(gòu)的幾 何參數(shù)的影響。雙面亞波長結(jié)構(gòu)金屬膜激發(fā)和控制表面等離子體波的模型如圖l 所示。表面等離子體波由金屬膜的下表面周期結(jié)構(gòu)激發(fā)，在下表面的中央平臺處形成干涉場，并受到金屬膜上表面的表面等離子晶體諧振 腔作用。對于上表面等離子晶體表面的近場光場分布，可通過時域有 限差分方法對圖1的模型進行仿真計算獲得。計算中采用單色線偏振 光作為激發(fā)光源，根據(jù)激發(fā)光的波長以及金屬和介質(zhì)的材料參數(shù)可以 計算出金屬-空氣界面的表面等離子體波的波長，從而確定金屬膜的 下表面周期結(jié)構(gòu)周期、中央平臺的幾何參數(shù)，以及金屬膜上表面的等 離子晶體周期和諧振腔的幾何參數(shù)。雙面亞波長結(jié)構(gòu)金屬膜的縱截面 形狀如圖l中所示。本發(fā)明所述的雙面亞波長結(jié)構(gòu)金屬膜可按如下步驟制備 l首先選擇制備基底，基底可以是透明基片，如玻璃片、石英片 等，也可以是單色光源的發(fā)光面。2在基底上通過旋轉(zhuǎn)涂膜(即甩膠)或真空蒸鍍、磁控濺射等鍍膜方法制備一層介質(zhì)膜層，介質(zhì)為PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯，俗 稱有機玻璃)、Si02、 MgF2等折射率略小于基底折射率的材料。3在介質(zhì)膜表面涂上一層光刻膠，然后通過電子束刻蝕、光刻等 納米加工方法在光刻膠表面加工出所需的下表面結(jié)構(gòu)，光刻膠顯影以 后，可用CF4將光刻膠的圖案干刻到下面的介質(zhì)膜上；若采用聚焦離 子束刻蝕的納米加工方法，則在介質(zhì)膜表面蓋上一層掩膜板，然后通 過掩膜板直接在介質(zhì)膜上刻蝕出所需的下表面結(jié)構(gòu)。如果基底是透明 基片的話，也可以不須制備介質(zhì)膜層，直接用上述納米加工方法在基 片表面制作出所需結(jié)構(gòu)即可。4在加工出結(jié)構(gòu)的樣品表面上蒸鍍或濺射出所需的金屬膜，膜厚 與介質(zhì)膜上的結(jié)構(gòu)的深度相同，然后去掉掩膜板'或用丙酮去掉光刻 膠，從而完成金屬薄膜下表面結(jié)構(gòu)的制備。5在上述膜層的表面鍍上一層與上述金屬材料相同、特定厚度的 金屬薄膜。6最后在金屬薄膜的表面再通過上述納米加工方法制作出上表面結(jié)構(gòu)，從而完成雙面亞波長結(jié)構(gòu)金屬膜的制備。述納米加工方法包括 電子束刻蝕、聚焦離子東刻蝕、化學刻蝕、光刻寫，可以采用其中一 種方法，也可以幾種方法結(jié)合使用。實施例一為雙面正弦亞波長結(jié)構(gòu)金屬膜。入射光波長入為470nm，光場強度分布為高斯分布，磁場方向垂直于入射面。雙面亞 波長結(jié)構(gòu)金屬膜的示意圖如圖2所示，其中金屬膜下表面為空氣，折 射率為n=l;金屬膜的材料為銀，厚度為90nm; 11、 12為銀膜的下 表面周期結(jié)構(gòu)，其縱剖面輪廓為正弦曲線，波峰即為第二凸起，波谷 為第三凹槽，下表面周期結(jié)構(gòu)周期(這里的周期是指第三凹槽和第二 凸起組成的下表面周期結(jié)構(gòu)的寬度)與Ag-空氣界面的表面等離子體 波波長相等，深度為50nm; 13為銀膜下表面的中'央平臺，其長度為 表面等離子體波長的1.5倍；14、 15為銀膜的上表面周期結(jié)構(gòu)，其縱 剖面輪廓也是正弦曲線，波峰即為第一凸起，波谷為第一凹槽，周期(這里的周期是指第一凹槽和第一凸起組成的上表面周期結(jié)構(gòu)的寬 度)為Ag-空氣界面的表面等離子體波波長的0.5倍，深度為10nm; 16 為銀膜上表面的中央缺陷，其長度為表面等離子晶體周期的0.5倍； 17為中央缺陷兩側(cè)的槽，即第二凹槽，其寬度略大于第一凹槽的寬度， 深度為30nm。入射激光垂直照射到銀膜下表面上，受到下表面周期 結(jié)構(gòu)的衍射，在銀膜上表面激發(fā)出兩東相向傳播的表面等離子體波， 在銀膜下表面的中央平臺處干涉形成等離子干涉場。由于在銀膜上表 面刻有表面等離子晶體諧振腔結(jié)構(gòu)，并且等離子干涉場的零級干涉峰(主峰)恰好處于諧振腔(即中央缺陷)中，因此主峰得到局域增強， 而高階干涉模式(旁瓣)則受到表面等離子晶體的抑制作用而減弱。 釆用圖l所示的計算模型，利用時域有限差分方法進行模擬計算，可 獲得yz截面的光場磁場強度分布。圖3為z=0處磁場強度沿y方向變化 曲線圖，可以明顯看到光場中央產(chǎn)生了一個主峰，其最大強度為入 射電場強度的93倍；主峰的半峰值寬度為11511111(大約為0.24入)，超過衍射極限(0.5人)；主峰周圍的高階模式(即旁瓣)強度被抑制到40%以下。這些特性使得光場分布形成強度高、發(fā)散角小、旁瓣弱的納米光柱，成為近場納米光束。 -實施例二為雙面矩形亞波長結(jié)構(gòu)金屬膜，制備在垂直腔表面發(fā)射半導體激光器的發(fā)光面上。入射光波長入為650nm,光場強度分布近 似為均勻分布，磁場方向垂直于入射面。雙面亞波長結(jié)構(gòu)金屬膜的縱 剖面輪廓和俯視面形狀如圖4所示，其中金屬膜下表面為一層PMMA 膜，折射率為n= 1.485,膜層厚度為150nm;金屬膜的材料為金，厚 度為50nm; 18、 19為金膜的下表面周期結(jié)構(gòu)，其縱剖面輪廓為矩形， 向下凸出的部分即為第二凸起，凹進去的部分為第三凹槽，俯視面形 狀為同心圓環(huán)，下表面周期結(jié)構(gòu)周期(這里的周期是指第三凹槽和第 二凸起組成的下表面周期結(jié)構(gòu)的寬度)與Au-空氣界面的表面等離子 體波波長相等，第三凹槽的深度為20nm; 20為金膜下表面的中央平 臺，其直徑為表面等離子體波波長的1.5倍；21、 22為金膜的上表面 周期結(jié)構(gòu)，其縱剖面輪廓也是矩形，向下凸出的部分即為第一凸起， 凹進去的部分為第一凹槽，俯視面形狀也為同心圓環(huán)，周期(這里的 周期是指第一凹槽和第一凸起組成的上表面周期結(jié)構(gòu)的寬度)為Au-空氣界面的表面等離子體波波長的0.5倍，第一凹槽的深度為30nm; 23為金膜上表面的中央缺陷，其縱剖面輪廓為矩形，俯視面形狀為圓 形，直徑為表面表面等離子晶體周期的1.5倍；24為中央缺陷周圍的 圓環(huán)槽，即第二凹槽，其內(nèi)外徑距離為等離子晶體周期的0.6倍，深 度為50nm; 25為面發(fā)射半導體激光器。激光器發(fā)出的激光垂直照射 到金膜下表面上，受到下表面周期結(jié)構(gòu)的衍射，在金膜上表面激發(fā)出 向圓環(huán)中心會聚的表面等離子體波，在金膜下表面的中央平臺處干涉 形成等離子干涉場，干涉場受到金膜上表面的表面等離子晶體諧振腔 結(jié)構(gòu)的強烈作用，從而使零級干涉峰得到局域增強，而高階干涉模式 則受到表面等離子晶體的抑制作用而減弱。yz、 xz截面的光場磁場強度的分布，分別如圖5a、圖5b所示，可以明顯看到光場沿x軸和z軸 呈軸對稱分布，這是由于入射光偏振方向沿y軸；光場中央產(chǎn)生了一 個主峰，其磁場強度為入射場強度的184倍；主峰沿y軸的半峰值寬度 為231nm(約等于0.36X)，超過衍射極限(0.5X);主峰周圍的高階模式(即 旁瓣)強度被抑制到35%以下。在該納米光東的近場范圍內(nèi)(50 600nrn)，可以實現(xiàn)近場成像、近場光學數(shù)據(jù)存儲、近場光譜激 發(fā)與探測，以及近場光刻等操作。實施例三的雙面正弦-矩形亞波長結(jié)構(gòu)金屬膜，制備在激光二極 管的發(fā)光面上，如圖6所示。其中26為半導體激光器，波長為532nm; 金屬膜下表面為一層Si02膜，折射率為n= 1.456，厚度為200nm;金 屬膜的材料為金，厚度為150nm;下表面周期結(jié)構(gòu)的深度為50nm(第 三凹槽的深度)，形狀與其它參數(shù)比例與實施例二中的下表面結(jié)構(gòu)相 同；金膜上表面為表面等離子晶體結(jié)構(gòu)，深度也為50nm (第一凹槽 的深度)，中央缺陷兩側(cè)的槽(即第二凹槽)深度為100nm，形狀與 其它參數(shù)比例與實施例 一 中的上表面結(jié)構(gòu)相同。圖7為yz截面的光場 磁場強度的分布，中央主峰強度為入射電場強度的204倍，半峰值寬 度為176nm(大約為0.33X)，超過衍射極限(0.5X)，主峰周圍的高階模式(即旁瓣)強度可被抑制到13%以下。本發(fā)明所述的產(chǎn)生近場納米光束的雙面亞波長結(jié)構(gòu)金屬膜，可獲 得光場強度為入射光場強度的102量級；其光斑尺寸可達到0.24入，超 過衍射極限；光束發(fā)散角在波長深度空間范圍內(nèi)保持在4。左右，將工 作距離從探針形近場光源的IO ~ 50nm擴展到50 ~ 600nm;高階模式強 度可抑制到35%以下，減小了旁瓣雜光的干擾。本發(fā)明可作為近場納 米光學有源探針用于納米尺度近場光學成像、超分辨光學存儲、局域 光譜激發(fā)、納米光刻以及近場光學操作等領域。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術(shù)領 域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1、一種金屬膜，其特征在于，所述金屬膜由能夠產(chǎn)生表面等離子諧振的金屬材料制成，包括
上表面，所述上表面由位于所述上表面中央的中央缺陷和以所述中央缺陷為中心周期性排列的由第一凹槽和第一凸起組成的多個上表面周期結(jié)構(gòu)組成，所述中央缺陷和上表面周期結(jié)構(gòu)之間包括第二凹槽；
下表面，所述下表面由位于所述下表面中央的平臺狀中央平臺和以所述中央平臺為中心周期性排列的由第三凹槽和第二凸起組成的多個下表面周期結(jié)構(gòu)組成，
所述上表面和所述下表面之間的最大厚度為50～150nm。
2、 如權(quán)利要求
1所述的金屬膜，其特征在于，所述金屬材料為 金或銀。
3、 如權(quán)利要求
2所述的金屬膜，其特征在于，所述第一凹槽和 第一凸起組成的上表面周期結(jié)構(gòu)的寬度a為所述金屬材料與空氣界 面的表面等離子波長AsP的一半，第一凹槽深度為10~30nm;所述中 央缺陷的長度為0.5a的奇數(shù)倍，所述中央缺陷的縱剖面輪廓為矩形、 正弦形、三角形、梯形、半圓形、半橢圓、雙曲線、拋物線中的一種。
4、 如權(quán)利要求
3所述的金屬膜，其特征在于，所述第二凹槽的 深度和寬度均大于所述第一凹槽。
5、 如權(quán)利要求
4所述的金屬膜，其特征在于，所述第三凹槽和第二凸起組成的下表面周期結(jié)構(gòu)的寬度為義SP，第三凹槽深度為10-50nm;所述中央平臺的長度為1.5ASP。
6、 如權(quán)利要求
5所述的金屬膜，其特征在于，所述金屬膜上、 下表面的俯視面形狀為陣列結(jié)構(gòu)或軸對稱結(jié)構(gòu)；所述金屬膜上、下表 面的縱剖面形狀為矩形或正弦形。
7、 如權(quán)利要求
6所述的金屬膜，其特征在于，所述陣列結(jié)構(gòu)具體為平行槽結(jié)構(gòu)或二維點陣結(jié)構(gòu)。
8、 如權(quán)利要求
6所述的金屬膜，其特征在于，所述軸對稱結(jié)構(gòu)具體為同心圓環(huán)結(jié)構(gòu)或同心方框結(jié)構(gòu)。
9、 一種金屬膜的制造方法，其特征在于，包括以下步驟在透明基片或單色光源的發(fā)光面上制備一層介質(zhì)膜層；在所述介質(zhì)膜表面涂上一層光刻膠，通過納米加工方法在所述光刻膠表面加工出下表面結(jié)構(gòu)，所述光刻膠顯影后，用CF4將光刻膠的圖案干刻到所述介質(zhì)膜層上，在所述介質(zhì)膜層上利用蒸鍍或濺射方法 加工出金屬膜，所述金屬膜的膜厚與所述介質(zhì)膜上的結(jié)構(gòu)的深度相同，然后用丙酮去掉光刻膠，完成金屬膜下表面結(jié)構(gòu)的制備；在制備出下表面結(jié)構(gòu)的上述金屬膜表面鍍上一層與上述金屬材 料相同的金屬薄膜，通過所述納米加工方法制作出上表面結(jié)構(gòu)，得到 雙面亞波長結(jié)構(gòu)金屬膜。
10、 如權(quán)利要求
9所述的金屬膜的制造方法，其特征在于，所述 納米加工方法包括以下方法的一種或幾種電子束刻蝕、聚焦離子束 刻蝕、化學刻蝕、光刻寫。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種金屬膜，由能夠產(chǎn)生表面等離子諧振的金屬材料制成；所述金屬膜包括上表面，所述上表面由中央缺陷和多個上表面周期結(jié)構(gòu)組成，下表面，所述下表面包括中央平臺和多個下表面周期結(jié)構(gòu)，所述上表面和所述下表面之間的最大厚度為50～150nm。通過將本發(fā)明的金屬膜制備在透明基片上作用于入射光場，或制備在單色光源的發(fā)光面上形成有源器件，入射光通過金屬膜的上下表面的結(jié)構(gòu)，可以得到一個空間局域的納米尺度的光源，光斑尺寸超過衍射極限，光場強度大大高于入射光場強度，光場分布形成發(fā)散角小、旁瓣弱的納米光柱，成為近場納米光束。
文檔編號G01Q60/22GKCN101217062SQ200710304747
公開日2008年7月9日 申請日期2007年12月29日
發(fā)明者張書練, 佳 王, 王慶艷, 許吉英, 郝鳳歡 申請人:清華大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan