[发明专利]一种不依赖偏振的表面等离激元定向耦合器及其控制方法

权利要求书

1.一种表面等离激元定向耦合器，其特征在于，所述定向耦合器包括：金属薄膜、小孔、脊形波导和突起纳米颗粒；其中，在金属薄膜上设置有小孔；在金属薄膜上并位于小孔两端的位置对称地设置两个脊形波导，通过调节脊形波导的宽度w和高度h，使得脊形波导只支持单个SPP模式；在金属薄膜上且位于小孔的一侧设置突起纳米颗粒，突起纳米颗粒不完全覆盖小孔的边缘，形成有缺陷的小孔结构；入射光从背面照射有缺陷的小孔结构，电荷在有缺陷的小孔结构的尖角区域累积并形成热点；对于p偏振的入射光，电荷在脊形波导的尖角区域累积并形成热点，热点的辐射场耦合成沿着脊形波导传播的SPP模式，从而p偏振的入射光耦合成沿脊形波导传播的SPP模式；对于s偏振的入射光，电荷在突起纳米颗粒的尖角区域累积并形成热点，热点的辐射场耦合成沿着脊形波导传播的SPP模式，从而s偏振的入射光耦合成沿脊形波导传播SPP模式，实现不依赖偏振的表面等离激元定向耦合器。

2.如权利要求1所述的定向耦合器，其特征在于，进一步，突起纳米颗粒的中心不在小孔侧面的中心位置上，从而形成了沿着脊形波导方向的不对称的有缺陷的小孔结构，小孔一端的脊形波导远离突起纳米颗粒，而小孔另一端的脊形波导靠近突起纳米颗粒，实现不依赖偏振的表面等离激元定向耦合器。

3.如权利要求2所述的定向耦合器，其特征在于，对于p偏振的入射光，在所述脊形波导的尖角区域累积电荷并形成热点，并且在远离突起纳米颗粒的脊形波导上形成的热点多于在靠近突起纳米颗粒的脊形波导上形成的热点个数，从而p偏振的入射光耦合的SPP模式主要沿着远离突起纳米颗粒的脊形波导传播。

4.如权利要求2所述的定向耦合器，其特征在于，对于s偏振的入射光，在突起纳米颗粒的尖角区域累积电荷并形成热点，突起纳米颗粒的几何结构尺寸影响热点的辐射场方向，从而s偏振的入射光定向地耦合成沿着脊形波导传播的SPP模式。

5.如权利要求1所述的定向耦合器，其特征在于，所述突起纳米颗粒的几何结构尺寸影响SPP模式的强度，通过调整突起纳米颗粒的几何结构尺寸，调节p偏振和s偏振耦合的SPP模式的强度的比重。

6.如权利要求1所述的定向耦合器，其特征在于，调整所述突起纳米颗粒的几何结构尺寸，使得p偏振和s偏振入射光耦合的SPP模式沿着相同方向在脊形波导上传播，对于入射的线偏振光，通过旋转入射光的偏振角度，调节耦合出的SPP模式的强度。

7.一种表面等离激元定向耦合器的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：

1)在金属薄膜上设置有小孔，在金属薄膜上并位于小孔两端的位置对称地设置两个脊形波导，通过调节脊形波导的宽度w和高度h，使得脊形波导只支持单个SPP模式，在金属薄膜上且位于小孔一侧的位置设置突起纳米颗粒，突起纳米颗粒不完全覆盖小孔的边缘；

2)入射光从背面照射有缺陷的小孔结构，电荷在有缺陷的小孔结构的尖角区域累积并形成热点；

3)对于p偏振的入射光，电荷在脊形波导的尖角区域累积并形成热点，热点的辐射场耦合成沿着脊形波导传播的SPP模式，从而p偏振的入射光耦合成沿着脊形波导传播的SPP模式；

4)对于s偏振的入射光，电荷在突起纳米颗粒的尖角区域累积并形成热点，热点的辐射场耦合成脊形波导传播的SPP模式，从而s偏振的入射光耦合成沿脊形波导传播的SPP模式，实现不依赖偏振的表面等离激元定向耦合。

8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述突起纳米颗粒的中心不在小孔侧面的中心位置上，从而形成了沿着脊形波导方向的不对称的有缺陷的小孔结构，小孔一端的脊形波导远离突起纳米颗粒，而小孔另一端的脊形波导靠近突起纳米颗粒。

9.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，通过调整突起纳米颗粒的几何结构尺寸，调节p偏振和s偏振耦合的SPP模式的强度的比重。

10.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，进一步，调整突起纳米颗粒的几何结构尺寸，使得p偏振和s偏振耦合的SPP模式沿着相同的方向在脊形波导上传播，对于入射的线偏振光，通过旋转入射光的偏振角度，调节耦合出的SPP模式的强度。