【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于探測(cè)設(shè)備，具體涉及一種超表面結(jié)構(gòu)及折射率探測(cè)器。
技術(shù)介紹
1、折射率是光在不同介質(zhì)中傳播時(shí)的一個(gè)重要物理參數(shù)，不同的材料具有不同的折射率。通過選擇合適的材料和調(diào)整折射率，可以控制和改變光的傳播路徑、聚焦能力和色散效應(yīng)，這對(duì)于光學(xué)器件(如透鏡、棱鏡、光纖等)的設(shè)計(jì)和制造至關(guān)重要。
2、在光學(xué)測(cè)量和光學(xué)傳感器中，監(jiān)測(cè)折射率的變化是其中的重要應(yīng)用方向。例如，折射率傳感器可以用于測(cè)量液體的濃度、氣體的壓力、溫度變化等。這些傳感器在科學(xué)研究、工業(yè)控制和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用。總而言之，折射率是光與物質(zhì)相互作用的一個(gè)重要參數(shù)，對(duì)于理解光的傳播行為、光學(xué)材料的特性以及光學(xué)測(cè)量和傳感器應(yīng)用都具有重要意義。因此折射率的探測(cè)工具的開發(fā)具有廣泛的研究前景。
3、光學(xué)傳感技術(shù)是傳感檢測(cè)領(lǐng)域的主流技術(shù)之一，其中光學(xué)折射率傳感器具有安全性高、準(zhǔn)確率高、抗電磁干擾、響應(yīng)速度快和可成像等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足實(shí)際應(yīng)用中對(duì)傳感實(shí)時(shí)性與無標(biāo)記檢測(cè)的需求。光學(xué)折射率傳感的基本原理是當(dāng)入射電磁波經(jīng)過探測(cè)區(qū)域內(nèi)折射率不同的物質(zhì)時(shí)，其對(duì)應(yīng)的共振頻率、強(qiáng)度、相位等特性都會(huì)發(fā)生改變，因此通過監(jiān)測(cè)光在傳播過程中某個(gè)特征量的變化便可以感知外界折射率的變化。
4、目前應(yīng)用較廣的折射率探測(cè)器有基于光的折射原理的傳統(tǒng)折射率探測(cè)器、空氣折射率探測(cè)器、核心-外殼光纖折射率傳感器等等。但是，其結(jié)構(gòu)往往比較復(fù)雜且擁有著較大的體積。在追求器件小型化、集成化的今天，傳統(tǒng)笨重的折射率檢測(cè)器逐步被納米光子結(jié)構(gòu)所取代，例如超表面、光子晶體、等離子結(jié)構(gòu)等等
5、公開于該
技術(shù)介紹
部分的信息僅僅旨在增加對(duì)本專利技術(shù)的總體背景的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的在于提供一種超表面結(jié)構(gòu)及折射率探測(cè)器，超表面結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單輕巧，檢測(cè)范圍可自由設(shè)定，且其結(jié)果可以清晰明了地呈現(xiàn)在焦平面上，不需要配備復(fù)雜的光譜分析與計(jì)算模塊，對(duì)折射率探測(cè)器的小型化發(fā)展具有重要借鑒意義。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)一具體實(shí)施例提供的技術(shù)方案如下：
3、一種超表面結(jié)構(gòu)，包括：
4、基底，具有第一表面；
5、納米柱陣列，形成在所述基底的第一表面上，所述納米柱陣列由若干不同方向角的納米柱排設(shè)而成；
6、以基底幾何中心為原點(diǎn)，建立坐標(biāo)系，所述納米柱的方向角滿足如下條件：
7、
8、其中，θ(x,y)表示超表面結(jié)構(gòu)的每個(gè)納米柱的方向角；x為不同納米柱的x軸坐標(biāo)，y為不同納米柱的y軸坐標(biāo)；λ為超表面結(jié)構(gòu)的工作波長(zhǎng)；n為焦點(diǎn)的個(gè)數(shù)；f為超表面結(jié)構(gòu)的焦距；fdj為各個(gè)焦點(diǎn)到原點(diǎn)的距離；xj為不同焦點(diǎn)的x軸坐標(biāo)，yj為不同焦點(diǎn)的y軸坐標(biāo)；nj為每個(gè)焦點(diǎn)對(duì)應(yīng)的空間折射率；
9、在左旋偏振光入射條件下，所述超表面結(jié)構(gòu)可根據(jù)不同的空間折射率在其焦平面上形成位置不同的焦點(diǎn)。
10、在本專利技術(shù)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述超表面結(jié)構(gòu)的焦平面上的不同焦點(diǎn)呈圓環(huán)形排列，每個(gè)焦點(diǎn)的橫坐標(biāo)xj＝rsin[(j-1)2π/n]，每個(gè)焦點(diǎn)的縱坐標(biāo)yj＝-rcos[(j-1)2π/n]，其中，r為超表面結(jié)構(gòu)的焦平面上所有焦點(diǎn)所圍成的圓環(huán)的半徑。
11、在本專利技術(shù)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)焦點(diǎn)對(duì)應(yīng)的空間折射率nj＝n1+(j-1)δn，其中n1代表初始折射率，定義所有焦點(diǎn)中的其中一個(gè)為第一焦點(diǎn)，所述初始折射率為該第一焦點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的空間折射率；δn為相鄰焦點(diǎn)所表征折射率的差值。
12、在本專利技術(shù)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述超表面結(jié)構(gòu)的工作波長(zhǎng)λ滿足：0.38um＜λ＜0.74um。
13、在本專利技術(shù)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述超表面結(jié)構(gòu)的焦距f滿足：5um＜f＜60um。
14、在本專利技術(shù)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述超表面結(jié)構(gòu)為幾何相位超表面結(jié)構(gòu)。
15、在本專利技術(shù)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述納米柱陣列由若干不同方向角的納米柱呈周期性排列而成，周期t滿足0.3um＜t＜0.5um。
16、在本專利技術(shù)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述納米柱為矩形柱，所述納米柱的長(zhǎng)l、寬w、高h(yuǎn)分別滿足：0.15um＜l＜0.3um，0.06um＜w＜0.1um，0.2um＜h＜0.6um。
17、在本專利技術(shù)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述納米柱的材料包括金屬等離子體材料。
18、在本專利技術(shù)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述基底為矩形柱，所述基底的邊長(zhǎng)a和厚度h滿足：10um＜a＜50um，2um＜h＜100um；和/或，
19、所述基底具有與所述第一表面相對(duì)的第二表面，所述第二表面為拋光面；和/或，
20、所述基底的材料包括玻璃；和/或，
21、所述基底的材料為在0.38um～0.74um波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有高透過率的材料。
22、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的超表面結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以通過讀取焦平面上的焦點(diǎn)位置信息來得到空間折射率信息。
23、本專利技術(shù)的超表面結(jié)構(gòu)，空間折射率的檢測(cè)范圍可自由設(shè)定，且其結(jié)果可以清晰明了地呈現(xiàn)在焦平面上，不需要配備復(fù)雜的光譜分析與計(jì)算模塊，對(duì)折射率探測(cè)器的小型化發(fā)展具有重要借鑒意義。
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1.一種超表面結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超表面結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述超表面結(jié)構(gòu)的焦平面上的不同焦點(diǎn)呈圓環(huán)形排列，每個(gè)焦點(diǎn)的橫坐標(biāo)xj＝rsin[(j-1)2π/N]，每個(gè)焦點(diǎn)的縱坐標(biāo)yj＝-rcos[(j-1)2π/N]，其中，r為超表面結(jié)構(gòu)的焦平面上所有焦點(diǎn)所圍成的圓環(huán)的半徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超表面結(jié)構(gòu)，其特征在于，每個(gè)焦點(diǎn)對(duì)應(yīng)的空間折射率nj＝n1+(j-1)Δn，其中n1代表初始折射率，定義所有焦點(diǎn)中的其中一個(gè)為第一焦點(diǎn)，所述初始折射率為該第一焦點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的空間折射率；Δn為相鄰焦點(diǎn)所表征折射率的差值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超表面結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述超表面結(jié)構(gòu)的工作波長(zhǎng)λ滿足：0.38um＜λ＜0.74um。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超表面結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述超表面結(jié)構(gòu)的焦距f滿足：5um＜f＜60um。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超表面結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述超表面結(jié)構(gòu)為幾何相位超表面結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超表面結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述納米柱陣列由若干不同方
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超表面結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述納米柱的材料包括金屬等離子體材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超表面結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述基底為矩形柱，所述基底的邊長(zhǎng)A和厚度H滿足：10um＜A＜50um，2um＜H＜100um；和/或，
10.一種折射率探測(cè)器，其特征在于，包括如權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的超表面結(jié)構(gòu)。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種超表面結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超表面結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述超表面結(jié)構(gòu)的焦平面上的不同焦點(diǎn)呈圓環(huán)形排列，每個(gè)焦點(diǎn)的橫坐標(biāo)xj＝rsin[(j-1)2π/n]，每個(gè)焦點(diǎn)的縱坐標(biāo)yj＝-rcos[(j-1)2π/n]，其中，r為超表面結(jié)構(gòu)的焦平面上所有焦點(diǎn)所圍成的圓環(huán)的半徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超表面結(jié)構(gòu)，其特征在于，每個(gè)焦點(diǎn)對(duì)應(yīng)的空間折射率nj＝n1+(j-1)δn，其中n1代表初始折射率，定義所有焦點(diǎn)中的其中一個(gè)為第一焦點(diǎn)，所述初始折射率為該第一焦點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的空間折射率；δn為相鄰焦點(diǎn)所表征折射率的差值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超表面結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述超表面結(jié)構(gòu)的工作波長(zhǎng)λ滿足：0.38um＜λ＜0.74um。
5.根...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：孫文杰，甘世濤，曾淵，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：蘇州蘇納光電有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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