一种电场增强的三维螺旋结构基底的制作方法

1.本发明涉及等离子体响应技术领域，尤其涉及一种电场增强的三维螺旋结构基底。


背景技术：

2.表面等离子体是指金属中的自由电子在电场作用下与光子之间作用而产生沿着金属表面传播的电磁波。它是一种表面电磁波，在金属表面处场强最大，在垂直于金属表面方向呈指数递减，并且在电子和光波作用下激发产生。由于金属表面强大的电场增强这种特殊的光学特性，因此受到了光子学、材料学、物理学等相关领域高度的重视。其强大的表面等离子体电场增强效应促进了纳米光子学快速的发展和应用，目前已经在超衍射极限成像、高效太阳能电池、超高密度近场光存储、纳米光刻、高灵敏度生物传感器、高分辨率近场光学显微镜等领域有所突出应用。
3.金属微纳结构可以激发其等离子体效应，从而实现电场增强。从增强材料的维度可以做如下区分：1，研究发现，金属球之间的缝隙会有很强的等离子体增强效应，可以用于实现拉曼增强等性能。这种增强存在于两个金属球之间，而大规模精确控制球于球之间的微小距离是非常困难的。2，为了精确实现对于等离子体电场增强的控制，人们也用微结构制备方法研究了二维阵列金属结构的等离子体共振。此两种的优势在于制备相对简单，可以制作各种复杂结构，实现较好性能，其劣势在于其增强热点无法广泛分布于三维空间，且样品的渗透效果比较差。而三维结构其增强广泛分布于结构之中，且对于液体渗透性好，但目前设计的三维结构比较简单，导致热点密度不够，增强效果不好，而无法较好的应用。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是提供一种三维螺旋结构基底，利用三维螺旋结构来提高等离子体增强效应，增强电场。
5.为了解决上述问题，本发明提出以下技术方案：
6.一种电场增强的三维螺旋结构基底，所述三维螺旋结构基底包括多个三维螺旋结构单元，所述三维螺旋结构单元服从以下关系：
7.f(x,y,z)＝sinxcosy sinycosz sinzcosx＝t(-1.5≤t≤1.5)；
8.其中x＝2πx/a，y＝2πy/a，z＝2πz/a；x、y、z∈(0，a)；a为所述三维螺旋结构单元的周期；t调节所述三维螺旋结构单元的形貌；a＝200-500纳米；
9.所述三维螺旋结构基底的材质为贵金属。
10.其进一步地技术方案为，所述三维螺旋结构基底的材质为金。
11.其进一步地技术方案为，所述三维螺旋结构基底的厚度为35-500微米。
12.其进一步地技术方案为，所述三维螺旋结构单元的占空比为50-80％。
13.其进一步地技术方案为，所述三维螺旋结构单元的周期a＝300-400纳米。
14.其进一步地技术方案为，所述三维螺旋结构单元的周期a＝350纳米。
15.其进一步地技术方案为，所述的电场增强的三维螺旋结构基底，由双光子三维光刻机制得。
16.其进一步地技术方案为，所述的电场增强的三维螺旋结构基底，由双光子三维光刻机采用fs脉冲激光束制得。
17.更进一步地，制备如上所述的电场增强的三维螺旋结构基底的方法，步骤如下：
18.采用双光子三维光刻机，以为1-3khz，脉冲宽度为80-150fs，波长为600-1000nm的fs脉冲激光束作为激光光源，使用焦距为250mm的凸透镜将激光束聚焦到样品上制备结构。
19.其进一步地技术方案为，所述激光光源的频率为1khz，脉冲宽度为110fs，波长为800nm。
20.与现有技术相比，本发明所能达到的技术效果包括：
21.本发明提供的电场增强的三维螺旋结构基底，为三维螺旋结构单元组成，该三维螺旋结构单元为gyroid结构，具有丰富多样的表面和gap结构，从而具有较大的比表面积，可以与电磁波充分接触，产生共振，进而产生高效的多样的等离子体增强，而不是常见周期结构单一的增强。
附图说明
22.图1为t＝0.85时的三维螺旋结构2个单元的立体示意图；
23.图2为t＝0.5时的三维螺旋结构2个单元的立体示意图；
24.图3为t＝-0.1时的三维螺旋结构2个单元的立体示意图；
25.图4为t＝-0.9时的三维螺旋结构2个单元的立体示意图；
26.图5为t＝-1.2时的三维螺旋结构2单元组成的三维螺旋结构基底；
27.图6为t＝-1.5时的三维螺旋结构2个单元组成的三维螺旋结构基底；
28.图7为不同占空比对应的电场增强强度结果；
29.图8为t＝-0.9时的三维螺旋结构单元的电场增强示意图。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，附图中类似的组件标号代表类似的组件。显然，以下将描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.参见图1-7，本发明实施例提供一种电场增强的三维螺旋结构基底，所述三维螺旋结构基底包括多个三维螺旋结构单元，所述三维螺旋结构单元服从以下关系：
32.f(x,y,z)＝sinxcosy sinycosz sinzcosx＝t(-1.5≤t≤1.5)；
33.其中x＝2πx/a，y＝2πy/a，z＝2πz/a；x、y、z∈(0，a)；a为所述三维螺旋结构单元的周期；a＝200-500纳米；t调节所述三维螺旋结构单元的形貌；
34.所述三维螺旋结构基底的材质为贵金属。
35.本发明提供的电场增强的三维螺旋结构基底，为三维螺旋结构单元组成，该三维螺旋结构单元为gyroid结构，具有丰富多样的表面和gap结构，从而具有较大的比表面积，可以与电磁波充分接触，产生共振，进而产生高效的多样的等离子体增强，而不是常见周期
结构单一的增强。
36.如图8，t＝-0.9时的三维螺旋结构单元的电场增强示意图，可以看出，由于gyroid存在丰富的面结构和gap结构，具有较大的比表面积，其表面具有多个增强位点。
37.在一实施例中，所述三维螺旋结构基底的材质为金。
38.在一实施例中，所述三维螺旋结构基底的厚度为35微米。
39.在一实施例中，所述三维螺旋结构基底的厚度为65微米。
40.在一实施例中，所述三维螺旋结构基底的厚度为95微米。
41.在一实施例中，所述三维螺旋结构基底的厚度为115微米。
42.在一实施例中，所述三维螺旋结构基底的厚度为155微米。
43.在一实施例中，所述三维螺旋结构基底的厚度为215微米。
44.在一实施例中，所述三维螺旋结构基底的厚度为315微米。
45.在一实施例中，所述三维螺旋结构基底的厚度为415微米。
46.在一实施例中，所述三维螺旋结构基底的厚度为500微米。
47.可以理解的是，t值用于调节所述三维螺旋结构单元的形貌，t值不同，三维螺旋结构单元的螺旋结构也有所不同，如图1-6。
48.在一实施例中，所述三维螺旋结构单元的占空比为50-80％。
49.事实上，不同t值(占空比)的三维螺旋结构单元对电场增强的强度也不同，如图7，其结果显示，随着结构占空比的改变，电场增强强度有变化，在占空比55％可以实现最大的增强强度。
50.在其他实施例中，本发明提供的电场增强的三维螺旋结构基底采用双光子三维光刻机，以1-3khz，脉冲宽度为80-150fs，波长为600-1000nm的fs脉冲激光束作为激光光源，使用焦距为250mm的凸透镜将激光束聚焦到样品上重复制备三维螺旋结构单元得到基底。
51.在一实施例中，本发明提供的电场增强的三维螺旋结构基底采用双光子三维光刻机，以1khz，脉冲宽度为110fs，波长为800nm的fs脉冲激光束作为激光光源，使用焦距为250mm的凸透镜将激光束聚焦到样品上重复制备三维螺旋结构单元得到基底。
52.在一实施例中，本发明提供的电场增强的三维螺旋结构基底采用双光子三维光刻机，以2khz，脉冲宽度为140fs，波长为900nm的fs脉冲激光束作为激光光源，使用焦距为250mm的凸透镜将激光束聚焦到样品上重复制备三维螺旋结构单元得到基底。
53.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
54.以上所述，为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。