基于亞波長(zhǎng)狹縫結(jié)構(gòu)表面等離子體定向激發(fā)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型為一種微納光學(xué)器件，具體涉及一種基于亞波長(zhǎng)狹縫側(cè)入射和底端入射來實(shí)現(xiàn)表面等離子體激元單向激發(fā)的模型。
【背景技術(shù)】
[0002]等離子體激元和光子耦合的表面等離子體激元被限制在金屬一介質(zhì)界面中。大部分等離子作用是由于電磁波與金屬表面的自由電子耦合的表面等離子激元引起的。當(dāng)表面等離子激元沿著金屬表面?zhèn)鞑サ臅r(shí)候，只有在端口處才會(huì)出現(xiàn)電磁場(chǎng)，并且向兩側(cè)以指數(shù)衰減。因?yàn)樗麄兡艽蚱蒲苌錁O限，并在亞波長(zhǎng)尺度處操縱光，表面等離子激元被認(rèn)為是有希望用于構(gòu)成下一代超緊湊的集成光子電路。因此等離子波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的研宄引起了廣泛的關(guān)注，其中金屬-絕緣體-金屬等離子體波導(dǎo)是最熱的研宄之一。基于金屬-絕緣體-金屬的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)已經(jīng)被證實(shí)，可以實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用，如分離器、邏輯門、偏振器和波導(dǎo)耦合器。在這些應(yīng)用中，等離子信號(hào)分離器一直是研宄熱點(diǎn)。金屬-絕緣體-金屬波導(dǎo)光圈耦合等離子槽腔或環(huán)諧振器的提出及其仿真結(jié)果，表明了它可以實(shí)現(xiàn)多路分離。人們對(duì)從矩形的環(huán)形諧振器與直接連接的輸入和輸出波導(dǎo)構(gòu)成的新型等離子功率分配器進(jìn)行了仿真研宄。并且提出了基于所述金屬-絕緣體-金屬非波序列光柵的多通道的納米過濾器。
[0003]近年來，隨著微納米加工技術(shù)的快速發(fā)展，通過使用金屬-絕緣體-金屬波導(dǎo)不定向激發(fā)和控制的表面等離子激元波導(dǎo)已經(jīng)成為熱點(diǎn)之一。幾個(gè)亞波長(zhǎng)的金屬結(jié)構(gòu)被提出來來實(shí)現(xiàn)表面等離子激元，如具有兩個(gè)狹縫、一個(gè)狹縫和一個(gè)凹槽、兩個(gè)空腔、一個(gè)放大的狹縫、兩個(gè)凹槽，其中對(duì)稱分布的狹縫陣列具有不同的介質(zhì)的金屬-絕緣體-金屬波導(dǎo)的定向激發(fā)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型提供一種基于亞波長(zhǎng)狹縫側(cè)入射和底端入射來實(shí)現(xiàn)表面等離子體激元單向激發(fā)的模型，主要提供了一種通過改變狹縫的寬度和狹縫與狹縫之間的距離來控制表面等離子體基元的激發(fā)方向和分光比大小的方法。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:該基于亞波長(zhǎng)狹縫側(cè)入射和底端入射來實(shí)現(xiàn)表面等離子體激元單向激發(fā)的模型包括設(shè)置在介質(zhì)層兩側(cè)的金屬層，介質(zhì)層下方的金屬層內(nèi)設(shè)置兩個(gè)矩形狹縫，兩個(gè)矩形狹縫的寬度與介質(zhì)層的厚度都不相同。矩形狹縫為納米矩形狹縫，金屬層為銀質(zhì)金屬層，矩形狹縫內(nèi)填充有二氧化硅材料。
[0006]本實(shí)用新型的有益效果如下:表面等離子體單向激發(fā)的模型由金屬-介質(zhì)-金屬結(jié)構(gòu)組成，該結(jié)構(gòu)具有極強(qiáng)的光束縛效應(yīng)，能突破衍射極限的限制，在納米尺度對(duì)光進(jìn)行傳輸。該單向激發(fā)模型最小的表面等離子激元分光比大于6，這證明了該結(jié)構(gòu)設(shè)置有良好的表面等離子激元不定向激發(fā)。與使用基于側(cè)照射兩個(gè)狹縫的情況相比，可以通過使用兩個(gè)雙狹縫來增強(qiáng)干涉的強(qiáng)度和分裂效應(yīng)，最好分光比約為30。這些設(shè)計(jì)將在微納米集成光學(xué)和光通信上有著廣泛使用。
【附圖說明】
[0007]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0008]圖2為矩形狹縫寬度與有效折射率的關(guān)系圖；
[0009]圖3為兩個(gè)矩形狹縫之間的距離和分束比的關(guān)系圖；
[0010]圖4為不同距離取值下的光場(chǎng)強(qiáng)度圖；
[0011]圖5為兩個(gè)矩形狹縫結(jié)構(gòu)的光場(chǎng)分布圖，其中a為距離460納米時(shí)光場(chǎng)分布圖，b為距離805納米時(shí)光場(chǎng)分布圖，c為距離460納米時(shí)沿X方向的標(biāo)準(zhǔn)化空間頻譜分布圖，d為距離805納米時(shí)沿X方向的標(biāo)準(zhǔn)化空間頻譜分布圖；
[0012]圖6為側(cè)入射下的兩個(gè)雙矩形狹縫的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖7為四個(gè)矩形狹縫結(jié)構(gòu)的光場(chǎng)分布圖，其中a為兩個(gè)雙狹縫結(jié)構(gòu)距離960納米時(shí)光場(chǎng)分布圖，b為兩個(gè)雙狹縫結(jié)構(gòu)距離距離4600納米時(shí)的光場(chǎng)分布圖，c為兩個(gè)雙狹縫結(jié)構(gòu)距離960納米時(shí)沿X方向的標(biāo)準(zhǔn)化空間頻譜分布圖，d為兩個(gè)雙狹縫結(jié)構(gòu)距離4600納米時(shí)沿X方向的標(biāo)準(zhǔn)化空間頻譜分布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖詳細(xì)闡述本發(fā)明的實(shí)施方式:
[0015]本實(shí)用新型基于亞波長(zhǎng)狹縫側(cè)入射和底端入射來實(shí)現(xiàn)表面等離子體激元單向激發(fā)的模型主要由金屬(銀)層、主波導(dǎo)、矩形狹縫這幾部分構(gòu)成，詳見圖1。金屬層(平板)可利用激光分子束晶體外延生長(zhǎng)系統(tǒng)制作。主波導(dǎo)，矩形狹縫可利用聚焦離子束刻蝕技術(shù)對(duì)金屬平板進(jìn)行刻蝕獲得。首先，我們采用的是底端入射該結(jié)構(gòu)，此時(shí)的結(jié)構(gòu)W1= 100納米，兩個(gè)狹縫的寬度分別是W2= 100納米，W3= 150納米。狹縫的長(zhǎng)度t = 300納米。入射光波長(zhǎng)為632.8納米時(shí)，有效折射率隨著狹縫寬度W的變化見圖2。使用近場(chǎng)干涉原理，我們可以對(duì)SPPs進(jìn)行左方向的干涉或者是右方向的干涉。通過計(jì)算，我們使得狹縫的長(zhǎng)度t滿足一定的條件，只改變狹縫之間的距離d，就會(huì)得到周期性變化的分光比。詳見圖3。從圖3中，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)距離d = 500納米時(shí)對(duì)應(yīng)波谷，并且可以得到等離子體基元向左激發(fā)的結(jié)果，分光比為約10:1。當(dāng)d = 540納米時(shí)，對(duì)應(yīng)于波峰，等離子體向右激發(fā)的結(jié)果可以實(shí)現(xiàn)，分光比為約27:1。當(dāng)距離d分別為518納米和670納米時(shí)，分光比T為I。光沿著兩側(cè)傳播，幾乎有著相同的強(qiáng)度。詳見圖4。除了探討入射光從底端入射的情況，下面研宄光從側(cè)面入射的情況。使用近場(chǎng)干涉原理，并使得上面銀表面的兩個(gè)出口的干擾分量之間的相對(duì)相位延遲滿足光波干涉原理，發(fā)現(xiàn)狹縫長(zhǎng)度t等于380納米時(shí)，當(dāng)距離d為460納米時(shí)，可以達(dá)到等離子體激元向左傳播的結(jié)果，分光比約為6:1。當(dāng)距離d為805納米時(shí)，則可以達(dá)到等離子體激元向右傳播的結(jié)果，分光比約為8:1。詳見圖5。最后探討兩個(gè)雙狹縫的結(jié)構(gòu)，詳見圖6。將一個(gè)雙狹縫看成一個(gè)單元，通過改變兩個(gè)單元之間的距離L，發(fā)現(xiàn)當(dāng)L為960納米，可以得到最好的不定向激發(fā)向左的結(jié)果，分光比約為20:1。當(dāng)單元之間的距離L為4600納米，可以得到最好的不定向激發(fā)朝向右的結(jié)果，分光比約為30:1。多單元的效果比使用一個(gè)單元更好，并且光強(qiáng)度得到增強(qiáng)，詳見圖7。在以上的研宄中最小的SPPs分光比大于6，這證明了設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)設(shè)置有良好的表面等離子激元定向激發(fā)效果。與使用底端照射僅兩個(gè)狹縫的情況相比，可以通過使用兩個(gè)雙狹縫來增強(qiáng)干涉的強(qiáng)度和分裂效應(yīng)，最好分光比約為30。可以相信這些設(shè)計(jì)將在微納米集成光學(xué)和光通信上有著廣泛使用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于亞波長(zhǎng)狹縫側(cè)入射和底端入射來實(shí)現(xiàn)表面等離子體激元定向激發(fā)的模型，其特征在于:包括設(shè)置在介質(zhì)層兩側(cè)的金屬層，介質(zhì)層下方的金屬層內(nèi)設(shè)置兩個(gè)矩形狹縫，兩個(gè)矩形狹縫的寬度與介質(zhì)層的厚度都不相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于亞波長(zhǎng)狹縫側(cè)入射和底端入射來實(shí)現(xiàn)表面等離子體激元定向激發(fā)的模型，其特征在于:所述的矩形狹縫為納米矩形狹縫。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于亞波長(zhǎng)狹縫側(cè)入射和底端入射來實(shí)現(xiàn)表面等離子體激元定向激發(fā)的模型，其特征在于:所述金屬層為銀質(zhì)金屬層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于亞波長(zhǎng)狹縫側(cè)入射和底端入射來實(shí)現(xiàn)表面等離子體激元定向激發(fā)的模型，其特征在于:所述矩形狹縫內(nèi)填充有二氧化硅材料。
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種基于亞波長(zhǎng)狹縫結(jié)構(gòu)表面等離子體定向激發(fā)器，主要提供了一種通過改變狹縫的寬度和狹縫與狹縫之間的距離來控制表面等離子體基元的激發(fā)方向和分光比大小的方法。該基于亞波長(zhǎng)狹縫側(cè)入射和底端入射來實(shí)現(xiàn)表面等離子體激元單向激發(fā)的模型包括設(shè)置在介質(zhì)層兩側(cè)的金屬層，介質(zhì)層下方的金屬層內(nèi)設(shè)置兩個(gè)矩形狹縫，兩個(gè)矩形狹縫的寬度與介質(zhì)層的厚度都不相同。該結(jié)構(gòu)具有極強(qiáng)的光束縛效應(yīng)，能突破衍射極限的限制，在納米尺度對(duì)光進(jìn)行傳輸。該單向激發(fā)模型最小的SPPs分光比大于6，這證明了該結(jié)構(gòu)設(shè)置有良好的SPPs不定向激發(fā)。與使用基于側(cè)照射兩個(gè)狹縫的情況相比，可以通過使用兩個(gè)雙狹縫來增強(qiáng)干涉的強(qiáng)度和分裂效應(yīng)，最好分光比約為30。這些設(shè)計(jì)將在微納米集成光學(xué)和光通信上有著廣泛使用。
【IPC分類】G02B6-122
【公開號(hào)】CN204422811
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520080866
【發(fā)明人】梁修業(yè), 王繼成, 劉冬冬, 吳濤
【申請(qǐng)人】江南大學(xué)
【公開日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2015年2月4日