本發(fā)明屬于光學和光電技術領域，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，是一種高空間分辨率、高靈敏度、能產生強縱向偏振電場，并且能夠根據需要進行電場強度調節(jié)的金屬光電探針。

背景技術：

產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)熱電子至關重要。目前已有多種增強納米聚焦的金屬結構，其中最常用的是金屬納米線性錐形結構，但是線性納米結構的聚焦存在局限性，不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用存在局限性。

研究表明，若納米金屬錐的曲率增大(即非線性程度增加)，則對于聚焦形成的電場強度有明顯的增大效果。而目前已經被提出的對數型的非線性結構對于納米聚焦場的增強效果也只能達到有限的程度(4個數量級)。

技術實現要素：

本發(fā)明目的是為產生具有大縱向偏振電場分量的納米聚焦矢量場，對金屬錐的結構進行改進，提供一種高空間分辨率和高靈敏度的e指數型非線性納米金屬錐探針。

本發(fā)明提供的高空間分辨率和高靈敏度的e指數型非線性納米金屬錐探針，由e指數型金屬納米非線性錐形結構構成，該探針在柱狀坐標系的結構方程h(ρ,θ)為：

其中：ρ和θ分別是柱狀坐標系下的半徑和角度，h₀是預設的高度參數，r₀是預設的底面半徑，h₀和r₀的大小在納米量級。a為e指數型非線性因子，且0.04≤a≤0.055，a的變化幅度為0.005；Δh是高度調制因子，且4≤Δh≤12，Δh取整數。

所述的e指數型非線性納米金屬錐探針，當入射光(特別是徑向偏振光)照射e指數型納米金屬錐探針底面時，在金屬表面激發(fā)表面等離激元，并沿著e指數型非線性納米金屬錐的彎曲表面向頂端傳播，并不斷壓縮和聚焦，在頂端形成高度局域的納米聚焦強場。

所述的e指數型非線性納米金屬錐探針，由于該探針的結構為e指數型非線性結構，表面等離激元沿曲面表面?zhèn)鞑ピ陧敹诵纬蓮姸冗_5個數量級的納米聚焦電場。

所述的e指數型非線性納米金屬錐探針，在金屬材料和其結構參數確定的條件下，通過改變e指數型非線性因子a和高度調制因子Δh，能夠得到不同強度增強的納米聚焦場，且強度均能達到5個數量級。

附表：a與Δh的取值與的取值的對照關系表：

本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果：

本發(fā)明提供的e指數型非線性納米金屬錐探針，當入射光(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、壓縮和聚焦，在頂端形成納米聚焦的高局域強電場。電場的強度可以達到5個數量級，比另一種非線性的結構——對數型的強度高出一個數量級。該聚焦電場具有很大的縱向偏振分量(占總強度的50.22％～50.55％)，有利于提高納米探測和成像的靈敏度，有利于實現納米粒子的操縱和篩選。

另一方面，通過改變e指數型非線性納米金屬錐結構的非線性因子a和高度調制因子Δh，可以實現納米聚焦電場的調控，這樣便可以根據電場強度的實際需要、工藝條件、成本要求等等選擇適當結構參數的納米金屬錐。

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域有重要應用價值。

附圖說明

圖1是高空間分辨率和高靈敏度的e指數型非線性金屬錐探針結構圖。其中：(a)是e指數型非線性金屬錐探針的主剖視圖；(b)是e指數型非線性金屬錐探針的右剖視圖；(c)是e指數型非線性金屬錐探針的俯視圖。

圖2是當預設高度h₀＝600nm，預設底面半徑r₀＝400nm時，e指數型非線性金屬錐探針產生的納米聚焦。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是當預設高度h₀＝600nm，預設底面半徑r₀＝400nm時,a在0.035至0.06分別取值，Δh在4至12分別取值，e指數型非線性納米金屬錐的增強因子的變化曲線。

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、能產生強縱向偏振電場的e指數型納米金屬非線性錐形探針，該探針由e指數型金屬納米非線性錐形結構構成，該探針在柱狀坐標系下的結構方程h(ρ,θ)為：

其中：ρ和θ分別是柱狀坐標系下的半徑和角度，h₀是預設的高度參數，r₀是預設的底面半徑，h₀和r₀的大小在納米量級。a為e指數型非線性因子，且0.04≤a≤0.055,(a的變化幅度為0.005)，Δh是高度調制因子，且4≤Δh≤12，Δh取整數。

本發(fā)明中e指數型非線性金屬錐探針的制作可采用電化學的方法來實現。其具體步驟如下：

(1)用質量分數為40％的氯化鐵溶液做電解液，銅絲做陽級，鉑做陰級，電源電壓調至17v至20v之間，構成電化學系統(tǒng)；

(2)利用精密位移臺控制金屬絲的精密移動以完成最終的納米金屬錐的制作。

具體應用實例1

e指數型非線性金屬錐探針的具體參數以如下為例：

材料為銀，入射波長λ_inc＝800nm，此時其相對介電常數ε_m＝-30.1495+0.3932i，選取預設高度h₀＝600nm，預設底面半徑r₀＝400nm，入射光為徑向偏振光，設初始入射光強為1a.u。

圖2是當預設高度h₀＝600nm，預設底面半徑r₀＝400nm；調制因子a＝0.04，Δh＝8時e指數型非線性納米金屬錐探針產生的納米聚焦，其電場的最大強度為188230a.u.，其縱向分量|E_z|²為95125a.u.，占50.54％。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是當預設高度h₀＝600nm，預設底面半徑r₀＝400nm；調制因子a在0.035至0.06分別取值，Δh在4至12分別取值，e指數型非線性納米金屬錐的增強因子的變化曲線。