CN103837709A - 一种表面等离子体激元增强针尖及针尖增强方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种表面等离子体激元增强针尖，所述增强针尖包括：（1）透明衬底：用于光线入射；（2）金属薄膜：设置于透明衬底的一侧，在所述金属薄膜上开有螺旋结构的狭缝；（3）金属针尖：包括金属针尖的尖部和根部，根部连接金属薄膜，且位于螺旋结构的中心。本发明提供的增强针尖的针尖增强效果好，能够实现3个数量级的针尖增强；可实现0.03λ₀的分辨率，增强深度达到50nm；大大提高了信噪比和灵敏度；操作方便简单，易于形成大面积针尖阵列，提高扫描速度。

Description

一种表面等离子体激元增强针尖及针尖增强方法

技术领域

本发明涉及表面等离子体激元激发结构，属于近场光学增强技术领域，具体地说，本发明涉及一种表面等离子体激元增强针尖、增强针尖组件及针尖增强方法，尤其涉及一种带有螺旋结构的表面等离子体激元增强针尖、增强针尖组件及针尖增强方法。

背景技术

随着近场光学和纳米技术的发展，对超分辨检测精度提出了越来越高的要求。探针技术的发展为这一问题的解决提供了有效手段。然而，探针的尺寸与检测强度存在着天生的矛盾，在一定程度上阻碍了探针技术的发展。近年来，探针针尖增强技术快速发展，为解决所述问题提供了新的思路。

近场针尖增强是通过表面等离子体激元相互作用来实现的。表面等离子体激元（Surface Plasmon Polaritons，SPPs）是指存在于金属表面的自由振动的电子与光子相互作用产生的沿金属表面传播的电子疏密波。SPPs的特点是局域在金属表面，沿金属法向电磁场指数衰减，且只能沿金属切向传播，具有场增强和亚波长约束等特性。通过改变金属表面结构，SPPs的性质以及其和电磁波相互作用的性质可以得到有效的调节。SPPs为发展新型光子器件、纳米光刻、新型光学传感器和近场增强聚焦与成像等测量技术提供了可能。

一般的针尖增强技术是用一束光直接照射在针尖的头部来实现，但是这种针尖的信噪比不理想。2007年以来，利用SPPs在金属表面传播特性，C.Ropers等人提出了基于光栅结构的增强针尖，利用线偏振光照射针尖侧面刻上光栅结构，实现了针尖处的高信噪比（Crating-coupling of surface plasmons onto metallictips:a nanoconfined light source,C.Ropers et.,Nano Letters,2007,Vol.7,No.9:2784-2788）。但是此类针尖由于需要很小的入射光学斑点以及精确的光斑定位，并且针尖长度太长，SPPs衰减明显，难以形成快速扫描的阵列结构，给实际使用带来了很大困难。

综上所述，目前迫切需要一种高增强、易操作，便于实现大面积阵列扫描，提高扫描速度的近场光学增强针尖。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种增强针尖，所述增强针尖具有SPPs的高增强效果，且易于操作，无需精确限定入射光的位置，更不用将入射光调整为小光斑。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种表面等离子体激元增强针尖，所述增强针尖包括：

（1）透明衬底：用于光线入射；

（2）金属薄膜：设置于透明衬底的一侧，在所述金属薄膜上开有螺旋结构的狭缝；

（3）金属针尖：包括针尖的尖部和根部，根部连接金属薄膜，且位于螺旋结构的中心。

优选地，所述螺旋结构为左旋螺旋结构或右旋螺旋结构；

进一步优选地，所述螺旋结构满足如下条件：

r_n(φ)＝r_n0+(φ2π)kλ_sp，

r_n0＝r₁₀+(n-1)λ_sp，

0≤φ≤2π，k＝1,2,3…，n＝1,2,3…；

其中，r_n(φ)为极坐标系中第n圈螺旋结构在相位为φ处距离螺旋中心的长度；r_n0为第n圈螺旋结构中距离中心的最小距离；λ_sp为所述表面等离子体激元的波长。

优选地，所述狭缝的缝宽为50nm～400nm。

优选地，所述螺旋结构的圈数为1～10圈；

优选地，所述螺旋结构的第一圈距离螺旋中心的最小长度为550nm～10μm；

优选地，所述螺旋结构的螺距为360～740nm。

优选地，所述金属薄膜的厚度为100～500nm；

优选地，所述金属薄膜的材料为金或银。

优选地，所述金属针尖的长度为1～2μm；

优选地，所述金属针尖的张角为20～40°；

优选地，所述金属针尖曲率半径为1～40nm；

优选地，所述金属针尖的材料为金或银。

优选地，所述衬底材料的透光率≥91%；

优选地，所述衬底材料选自石英玻璃、普通玻璃中的任意1种；

优选地，所述衬底材料为厚度0.5mm的石英玻璃。

本发明的目的之二是提供一种表面等离子体激元增强针尖组件，所述增强针尖组件包括至少两个目的之一所述的增强针尖。

优选地，所述增强针尖组件中，增强针尖的透明衬底位于同一平面内。

进一步优选地，所述增强针尖组件中，增强针尖的透明衬底位于同一平面内，且阵列排列。

本发明的目的之三是提供一种针尖增强的方法，所述方法使用如目的之一所述的表面等离子体激元增强针尖，或目的之二所述表面等离子体激元增强针尖组件，所述方法包括如下步骤：

（1）生成旋转方向与所述表面等离子体激元增强针尖螺旋结构旋转方向相反的圆偏振光；

（2）将步骤（1）得到的圆偏振光从透明衬底入射，经过螺旋结构的狭缝产生表面等离子体激元，所述表面等离子体激元沿金属表面传播至增强针尖，并在增强针尖的尖部得到增强的近场聚焦光场。

优选地，所述圆偏振光的波长为380～760nm。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

（1）本发明提供的增强针尖增强效果好，能够实现3个数量级的针尖增强；可实现0.03λ₀的分辨率（λ₀为入射光波长），增强深度达到50nm；大大提高了信噪比和灵敏度；所述增强深度为对入射光有增强效果的最大距离；

（2）本发明不需将光源斑点聚焦到很小，也不需要光源斑点的精确定位，更不需要光源中心和螺旋结构中心的重合；操作起来方便简单，并且易于形成大面积针尖阵列，提高扫描速度；

（3）本发明在增强针尖处的场强可以通过螺旋结构的形状、尺寸和圈数来调节；

（4）本发明提供的增强针尖中金属薄膜可采用磁控溅射、热蒸镀或者电子束蒸镀等方法制备，镀膜方法简单，可实现性强。

附图说明

图1a为本发明一个实施方式提供的增强针尖的立体结构示意图；

图1b为本发明一个实施方式提供的增强针尖的仰视图；

图1c为本发明一个实施方式提供的增强针尖的主视剖面图；

在图1a～图1c中，θ为增强针尖结构尖部的张角，l为增强针尖结构的长度；1为透明衬底；2为金属薄膜；3为金属针尖；31为金属针尖的根部；32为金属针尖的尖部；4为螺旋结构的狭缝；其中z的负方向为光的传播方向；

图2a为本发明一个实施方式提供的增强针尖的尖部处光场的强度分布图；

图2b为本发明一个实施方式提供的增强针尖的尖部下方10nm处相对强度的大小；

在图2a和图2b中，z的负方向为光的传播方向，金属薄膜在x-y平面内；

图3a为实施例6中增强针尖随螺旋结构圈数变化下增强针尖的光场强度变化趋势图；

图3b为实施例6中增强针尖的尖部的正下方光场强度随与尖部距离D的变化趋势图。

具体实施方式

本发明提供一种表面等离子体激元增强针尖，所述增强针尖包括：

（1）透明衬底：用于光线入射；

（2）金属薄膜：设置于透明衬底的一侧，在所述金属薄膜上开有螺旋结构的狭缝；

（3）金属针尖：包括金属针尖的尖部和根部，根部连接金属薄膜，且位于螺旋结构的中心。

本发明所述增强针尖的工作原理为：

当圆偏振光入射至透明衬底时，经过螺旋结构的狭缝，形成能够沿金属表面传播的表面等离子体激元（SPPs），其沿金属表面传播至增强针尖的尖部，实现SPPs的高效增强。

在本发明提供的表面等离子体激元增强针尖结构中，本领域技术人员可以对如下条件进行合适的选择，本发明不做特殊限定：

（1）金属薄膜上设置的螺旋结构的狭缝可以为左旋（逆时针旋转）螺旋结构，也可以为右旋（顺时针旋转）螺旋结构。

（2）金属薄膜上设置的螺旋结构的狭缝的螺旋形状，本发明不作具体限定，典型但非限制性的满足如下条件：

r_n(φ)＝r_n0+(φ2π)kλ_sp，

r_n0＝r₁₀+(n-1)λ_sp，

0≤φ≤2π，k＝1,2,3…，n＝1,2,3…；

其中，r_n(φ)为极坐标系中第n圈螺旋结构在相位为φ处距离螺旋中心的长度；r_n0为第n圈螺旋结构中距离中心的最小距离；λ_sp为所述表面等离子体激元的波长。

（3）金属薄膜上设置的螺旋结构的狭缝的缝宽，本发明不做具体限定，只要是能够使入射光形成SPPs的缝宽宽度均可用于本发明，优选为50～400nm，例如55nm、76nm、92nm、106nm、127nm、145nm、165nm、198nm、257nm、285nm、290nm、320nm、335nm、356nm、375nm、392nm等。在本发明中，缝宽过窄，螺旋狭缝透过的光能过小，影响该结构的使用；如果缝宽过大，光穿过螺旋结构后还会传播很长的距离，影响针尖的增强效果，因此，我们将缝宽优化范围优选在50～400nm之内。虽然缝宽在此范围之外，本发明提供的增强针尖也能使用，但是会严重影响针尖增强的效果。

（4）金属薄膜上设置的螺旋结构的狭缝的螺旋的圈数至少为1，圈数过多会导致内侧螺旋结构对外侧传播过来的SPPs产生过多的散射和反射，同时，SPPs的衰减也会明显增加，导致外圈的螺旋结构对针尖增强的贡献不大，因此，本发明所述螺旋结构的圈数为1～10圈，例如可以是1、2、3、4、5、6、7、8、9等。

（5）金属薄膜上设置的螺旋结构的狭缝的螺旋第一圈距离螺旋中心的最小长度优选为550nm～10μm，例如568nm、654nm、780nm、885nm、968nm、1.2μm、2.5μm、3.8μm、4.6μm、5.5μm、8μm、8.4μm、9.2μm、9.7μm等。本发明中，所述螺旋第一圈距离螺旋中心的最小长度过小，会把螺旋结构加工到金属针尖上，影响增强效果；另一方面，SPPs有一定的传播距离，其强度是随着距离的增加逐渐衰减的，如果螺旋第一圈距离螺旋中心的最小长度过大，则会使得针尖上的光场强度太小，影响增强效果。虽然所述螺旋第一圈距离螺旋中心的最小长度在550nm～10μm之外，所述增强针尖仍能使用，但是会影响其增强效果。

（6）透明衬底起到接受入射光线的作用，需要具有透光性和承受光照功率，且稳定可靠的特性，任何能够实现所述透明衬底作用的材质都可用来实现发明目的，本发明不作具体限定，典型但非限制性的包括石英玻璃、普通玻璃等；另外，本发明对于透明衬底的厚度也不做具体限定；典型但非限制性地，所述透明衬底可以是0.3～1.0mm的石英玻璃或0.4～0.8mm的普通玻璃等。

（7）金属薄膜和金属针尖的金属材料选自能激发SPPs，且能够传播所激发SPPs的金属，典型但非限制性的为金或银。

（8）金属薄膜的厚度优选为100～500nm，例如105nm、125nm、148nm、156nm、187nm、235nm、265nm、298nm、357nm、368nm、389nm、420nm、435nm、456nm、475nm、492nm等。在本发明中，金属薄膜的厚度过小，则入射光会直接穿透金属薄膜，使针尖增强的效果受到影响；金属薄膜的厚度过大，则会影响光的透射率，严重影响增强效果；因此本发明金属薄膜的厚度优选为100～500nm。如果金属薄膜的厚度的取值不在100～500nm范围内，所述针尖增强方法虽然能用，但其性能会明显降低。

（9）金属针尖的长度优选范围为1～2μm，例如1μm、1.3μm、1.5μm、1.7μm、1.8μm、1.9μm等。金属针尖的长度过小会影响实际应用中的扫描高度范围，会严重影响该结构的使用；金属针尖的长度过大则会导致SPPs在传播过程中明显衰减；故金属针尖长度的优选范围为1～2μm。

（10）本发明中，所述金属针尖的张角优选范围为20～40°例如22°、25°、28°、30°、33°、36°、39°等。金属针尖的张角太小不易制造，且使用过程中容易受损；金属针尖的张角过大，则不但会影响针尖上SPPs的相位匹配，还会影响针尖在Z方向上的扫描深度，从而影响分辨率，会使性能大大降低。

（11）本发明中，所述金属针尖曲率半径优选为1～40nm，例如2nm、7nm、13nm、16nm、22nm、28nm、34nm、39nm等。金属针尖的曲率半径过小不易制造，过大则会影响分辨率和金属针尖尖部的强度。如果所选针尖曲率半径大于本范围，虽然对本发明仍然适用，但是会使其性能明显降低。

本发明还提供了一种表面等离子体激元增强针尖组件，所述增强针尖组件包括至少两个所述的表面等离子体激元增强针尖。

所述表面等离子体激元增强针尖组件中，各个增强针尖组件的相互关系本发明没有具体限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择。

另外，本发明还提供了一种使用所述表面等离子体激元增强针尖，或表面等离子体激元增强针尖组件，进行针尖增强的方法，所述方法包括如下步骤：

（1）生成旋转方向与所述表面等离子体激元增强针尖螺旋结构旋转方向相反的圆偏振光；

（2）将步骤（1）得到的圆偏振光从透明衬底入射，经过螺旋结构的狭缝产生表面等离子体激元，所述表面等离子体激元沿金属表面传播至增强针尖，并在增强针尖的尖部得到增强的近场聚焦光场。

其中，所述圆偏振光的波长不做具体限定，优选380～760nm。

为了使本发明的目的，技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所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。

实施例1提供一种表面等离子体激元增强针尖，图1a示意了带有入射光照明方向的增强针尖的立体结构示意图（图1a为实施例1提供的增强针尖的立体结构示意图）；图1b示意了增强针尖结构上加工的螺旋结构的狭缝（图1b为实施例1提供的增强针尖的仰视图）；图1c示意了增强针尖结构的层次结构的示意图（图1c为实施例1提供的增强针尖的主视剖面图）；

如图1a、图1b、图1c可以看出，本实施例提供的表面等离子体激元增强针尖包括透明衬底1，在透明衬底1一侧制作的金属薄膜2，以及连接金属薄膜2的金属针尖3；其中，所述金属薄膜2上加工有左旋（逆时针旋转）螺旋结构的狭缝4，所述金属针尖包括尖部32和根部31，所述根部31连接金属薄膜，且位于所述螺旋结构的狭缝4螺旋结构的中心；

在所述表面等离子体激元增强针尖的结构中，所述透明衬底1为0.5mm厚的石英玻璃（SiO₂）；所述金属薄膜2和金属针尖3的金属材料均为金属银，金属薄膜2厚度为300nm，金属针尖3的长度为1μm，金属针尖3的张角为30°，金属针尖3的曲率半径为10nm；螺旋结构的狭缝4的缝宽为100nm，圈数为10圈，螺旋结构的第一圈距离螺旋中心的最小长度（内侧半径）为3μm，螺距为641nm（即λ_sp，一个SPPs波长）；所述螺旋结构的狭缝4的螺旋结构为满足如下条件的左旋螺旋结构：

r_n(φ)＝r_n0+(φ/2π)kλ_sp，

r_n0＝r₁₀+(n-1)λ_sp，

0≤φ≤2π，k＝1,2,3…，n＝1,2,3…；

其中，r_n(φ)为极坐标系中第n圈螺旋结构在相位为φ处距离螺旋中心的长度；r_n0为第n圈螺旋结构中距离中心的最小距离；λ_sp为所述表面等离子体激元的波长。

本实施例所述表面等离子体激元增强针尖的制备方法为：

（1）选取0.5mm厚的石英玻璃作为透明衬底，之后通过磁控溅射在所述透明衬底一侧沉积1.3μm的银金属薄膜，所述磁控溅射的具体参数为：真空压强P₀=3.2×10^-5Pa，溅射压强0.46Pa，功率为50w，衬底不加热；

（2）在金属薄膜上旋涂一层Zep520光刻胶，用电子束曝光的方法生成柱状结构，以备后续加工金属针尖的需要；利用ICP干法刻蚀将柱状结构转移到金属Ag上，通过优化刻蚀参数，实现针尖结构的生成；

其中，所述针尖结构的生成为本领域的现有技术，具体可以参考文献1所公开的Si针尖的制作过程（文献1：A systematic study of dry etch process forprofile control of silicon tips,Tao,Jiarui，Cui,Zheng et.,Microelectronic Engineering,2005,Vol.78-79,Pages:147-151）。

（3）采用聚焦离子束加工的方法，在步骤（3）之后的金属薄膜上，以针尖结构为中心，在其周围加工出所需螺旋结构狭缝。

本实施例提供的表面等离子体激元增强针尖的制备方法中，金属薄膜的制备方法除了采用磁控溅射的方法获得，还可以采用任何能够获得金属薄膜的方法得到，例如热蒸镀或者电子束蒸镀等，本发明不做具体限定。

本实施例所述表面等离子体激元增强针尖的使用方法为：

（1）用半导体激光器产生波长为660nm的激光，经过偏振器得到线偏振光；之后将所得线偏振光经过1/4玻片获得右旋圆偏振光；

（2）将所得右旋圆偏振光经过扩束器后照射到具有左旋螺旋结构的金属薄膜的透明衬底上，形成针尖增强；具体过程为：入射圆偏振光入射至透明衬底，透过加工有螺旋结构的狭缝的金属薄膜，在狭缝的作用下产生SPPs，SPPs沿着金属薄膜和金属针尖的表面传播到针尖的尖部，形成针尖增强；

其中，所述圆偏振光的旋转方向应当与螺旋结构的旋转方向相反。

性能测试：

采用实施例1提供的表面等离子体激元增强针尖进行近场光场分布测试。图2a为实施例1提供的增强针尖的尖部处光场的强度分布图；图2b为实施例1提供的增强针尖的尖部下方10nm处相对强度的大小。在图2a和图2b中，z的负方向为光的传播方向，金属薄膜在x-y平面内

由图2a和图2b可以看出，实施例1提供的增强针尖能够将SPPs的强度提高到1000以上，实现3个数量级的针尖增强，增强针尖的尖部下方10nm处的光斑能够达到20nm，达到0.03λ₀，远远小于衍射极限；增强深度为50nm；而现有技术公开的增强针尖其仅能将SPPs的强度提高到两个数量级，增强针尖的尖部下方10nm处的光斑仅能够达到40nm以上；由此大大提高了信噪比和灵敏度。

实施例2提供一种表面等离子体激元增强针尖，与实施例1的区别在于，所述金属薄膜上加工的螺旋结构的狭缝为右旋（顺时针旋转），且螺旋结构的狭缝的缝宽为50nm，圈数为10圈，螺旋结构的第一圈距离螺旋中心的最小长度（内侧半径）为550nm，螺距为360nm。

实施例3提供一种表面等离子体激元增强针尖，与实施例1的区别在于，所述金属薄膜上加工的螺旋结构的狭缝的缝宽为400nm，圈数为1圈，螺旋结构的第一圈距离螺旋中心的最小长度（内侧半径）为10μm，螺距为740nm。

实施例4提供一种表面等离子体激元增强针尖，与实施例1的区别在于，所述金属薄膜和金属针尖的金属为金，金属针尖的长度为1μm，张角为20°，曲率半径为1nm；金属薄膜的厚度为100nm。

实施例5提供一种表面等离子体激元增强针尖，与实施例1的区别在于，所述金属薄膜和金属针尖的金属为银，其长度为2μm，张角为40°，曲率半径为40nm；金属薄膜的厚度为500nm。

实施例6提供一系列表面等离子体激元增强针尖，与实施例1的区别在于，所述增强针尖的螺旋结构的狭缝的螺旋圈数n不同，分别取值1、2、3、4、5、6、7、8、9，10。

性能测试：

测定了不同螺旋圈数n下，增强针尖的尖部下方5nm处的光场强度E²，具体为：n=1时，E²=50；n=2时，E²=100；n=3时，E²=200；n=4时，E²=300；n=5时，E²=350；n=6时，E²=430；n=7时，E²=480；n=8时，E²=540；n=9时，E²=570；n=10时，E²=600；如图3a所示，图3a为增强针尖随螺旋结构圈数变化下增强针尖的光场强度变化趋势图。

选取螺旋圈数n=10的增强针尖，测定增强针尖的尖部正下方距离D为0～50nm时的光场强度E²，具体为：D=0nm时，E²=610；D=10nm时，E²=280；D=15nm时，E²=110；D=20nm时，E²=50；D=25nm时，E²=25；D=30nm时，E²=13；D=35nm时，E²=7；D=40nm时，E²=3.1；D=45nm时，E²=1.5；D=50nm时，E²=1；如图3b所示，图3b为增强针尖的尖部的正下方光场强度随与尖部距离的变化趋势图。

由图3a可以看出，随着螺旋圈数的增大，增强针尖对于近场光场强度有增强的效果，但是增强的趋势变缓；由图3b可以看出，随着距离增强针尖的尖部的增大，近场光场强度逐渐减弱，并逐渐趋于0。因此，如果想要获得增强效果明显的增强针尖的尖部的场强，可以通过提高螺旋结构狭缝的缝宽，增加螺旋结构的圈数来获得。

实施例1～6得到的表面等离子体激元增强针尖，能够实现3个数量级的针尖增强；可实现0.03λ₀的分辨率，增强深度达到50nm，大大提高了信噪比和灵敏度；且不需将光源斑点聚焦到很小，也不需要光源斑点的精确定位，更不需要光源中心和螺旋结构中心的重合；操作起来方便简单，并且易于形成大面积针尖阵列，提高扫描速度。

实施例7提供一种表面等离子体激元增强针尖组件，所述增强针尖组件为若干实施例1提供的表面等离子体激元增强针尖阵列而成，在所述增强针尖组件中，每个增强针尖的金属薄膜处于同一平面中，且每个增强针尖的前后左右距离相等，为阵列结构。

本实施例所述表面等离子体激元增强针尖组件的制备方法为：

（1）选取0.5mm厚的石英玻璃作为透明衬底，之后通过磁控溅射在所述透明衬底一侧沉积1.3μm的银金属薄膜，所述磁控溅射的具体参数为：真空压强P₀=3.2×10^-5Pa，溅射压强0.46Pa，功率为50w，衬底不加热；

（2）在金属薄膜上旋涂一层Zep520光刻胶，用电子束曝光的方法生成柱状阵列结构，以备后续加工呈阵列状的金属针尖的需要；利用ICP干法刻蚀将柱状结构转移到金属Ag上，通过优化刻蚀参数，实现针尖结构的生成；

（3）采用聚焦离子束加工的方法，在步骤（3）之后的金属薄膜上，以每个针尖结构为中心，在其周围加工出围绕针尖结构的螺旋结构狭缝。

当然，本领域技术人员还可以根据需求调整所述增强针尖组件中每个增强针尖的位置，并不限定必须是阵列结构，也并不限定每个增强针尖的金属薄膜处于同一平面中。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种表面等离子体激元增强针尖，其特征在于，所述增强针尖包括：

（1）透明衬底：用于光线入射；

（2）金属薄膜：设置于透明衬底的一侧，在所述金属薄膜上开有螺旋结构的狭缝；

（3）金属针尖：包括金属针尖的尖部和根部，根部连接金属薄膜，且位于螺旋结构的中心。

2.如权利要求1所述的增强针尖，其特征在于，所述螺旋结构为左旋螺旋结构或右旋螺旋结构；

优选地，所述螺旋结构满足如下条件：

r_n(φ)＝r_n0+(φ2π)kλ_sp，

r_n0＝r₁₀+(n-1)λ_sp，

0≤φ≤2π，k＝1,2,3…，n＝1,2,3…；

其中，r_n(φ)为极坐标系中第n圈螺旋结构在相位为φ处距离螺旋中心的长度；r_n0为第n圈螺旋结构中距离中心的最小距离；λ_sp为所述表面等离子体激元的波长。

3.如权利要求1所述的增强针尖，其特征在于，所述狭缝的缝宽为50～400nm。

4.如权利要求1所述的增强针尖，其特征在于，所述螺旋结构的圈数为1～10圈；

优选地，所述螺旋结构的第一圈距离螺旋中心的最小长度为550nm～10μm；

优选地，所述螺旋结构的螺距为360～740nm。

5.如权利要求1所述的增强针尖，其特征在于，所述金属薄膜的厚度为100～500nm；

优选地，所述金属薄膜的材料为金或银。

6.如权利要求1所述的增强针尖，其特征在于，所述金属针尖的长度为1～2μm；

优选地，所述金属针尖的张角为20～40°；

优选地，所述金属针尖曲率半径为1～40nm；

优选地，所述金属针尖的材料为金或银。

7.如权利要求1所述的增强针尖，其特征在于，所述衬底材料的透光率≥91%；

优选地，所述衬底材料选自石英玻璃或普通玻璃中的任意1种；

优选地，所述衬底材料为厚度0.5mm的石英玻璃。

8.一种表面等离子体激元增强针尖组件，其特征在于，所述增强针尖组件包括至少两个权利要求1～7之一所述的增强针尖；

优选地，所述增强针尖组件中，增强针尖的透明衬底位于同一平面内；

进一步优选地，所述增强针尖组件中，增强针尖的透明衬底位于同一平面内，且阵列排列。

9.一种针尖增强的方法，其特征在于，所述方法使用如权利要求1～7之一所述的表面等离子体激元增强针尖，或权利要求8所述表面等离子体激元增强针尖组件，所述方法包括如下步骤：

（1）生成旋转方向与所述表面等离子体激元增强针尖螺旋结构旋转方向相反的圆偏振光；

（2）将步骤（1）得到的圆偏振光从透明衬底入射，经过螺旋结构的狭缝产生表面等离子体激元，所述表面等离子体激元沿金属表面传播至增强针尖，并在增强针尖的尖部得到增强的近场聚焦光场。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述圆偏振光的波长为380～760nm。

Images