[实用新型]内嵌矩形腔镜像对称楔形金属狭缝阵列的等离激元滤波器

说明书

技术领域

本实用新型属于等离激元光子学领域，具体涉及一种内嵌矩形腔镜像对称楔形金属狭缝阵列的等离激元滤波器。

背景技术

表面等离激元(SurfacePlasmonPolaritons,SPP)是在金属/电介质表面上存在的一种特殊的电磁表面波模式。表面等离激元SPP由光波与金属表面的自由电子共振激发；表面等离激元SPP沿着金属和介质交界的表面方向传播，垂直金属表面方向呈指数衰减，可以被束缚在金属内部传播。表面等离激元SPP具有突破衍射极限的特性，可在亚波长尺度进行光传输，是目前最有前景的纳米光电子器件载体，在光存储、光传感及超分辨成像等许多领域都有重要的应用价值，成为当前的研究热点。

强透射(ExtraordinaryOpticalTransmission,EOT)现象是Ebbesen等发现的周期性亚波长圆孔阵列金属薄膜，在孔直径远小于入射波波长时，仍具有很强透射能力的现象，归一化的透射率数值可大于1，远大于经典光学所预言的结果。强透射EOT现象的产生一方面是由于入射光与金属表面等离激元SPP的耦合，另一方面是由于局域表面等离激元(LocalizedSurfacePlasmon,LSP)共振；表面等离激元SPP与局域表面等离激元LSP相互作用，当两者能力相近时，透射能力增强。强透射EOT现象与集成光学、生物传感、表面增强拉曼散射等非线性光学效应密切相关。

金属狭缝阵列具有亚波长尺度的周期性微结构，目前为了改善金属狭缝阵列的透射特性，已研究采用不同类型的狭缝，如楔形狭缝，内嵌腔体狭缝，狭缝内置金属块等。

实用新型内容

本实用新型的目的是设计一种内嵌矩形腔镜像对称楔形金属狭缝阵列的等离激元滤波器，其具有是水平面上下镜象对称的楔形狭缝，且内嵌矩形腔；此结构实现可见光波段频率的选择以及通过结构尺寸进行范围内的频率选择，并且提高近红外光波段的平面光透过率。

本实用新型设计的内嵌矩形腔镜像对称楔形金属狭缝阵列的等离激元滤波器，包括介质基底及其表面所附的有狭缝阵列结构的金属膜，所述狭缝阵列结构为内嵌矩形腔楔形金属狭缝阵列结构，每个周期的内嵌矩形腔楔形金属狭缝以垂直于金属膜的中分平面左右镜像对称；腔体内部的填充介质为空气，平面光入射方向垂直于金属膜表面。本实用新型的内嵌矩形腔楔形金属狭缝结构每个周期为两个相接的内嵌矩形腔楔形金属狭缝在金属膜的水平中分面上下镜像对称，楔形相接处为楔形的短底边，即狭缝的最窄处。

所述金属狭缝结构在X向为20～50个周期。

所述金属狭缝结构在单位周期的X向宽度T为400～600nm，Z方向的长度为0.1mm～10mm。

所述金属膜的Y向厚度H＝T。

所述楔形的长底边的宽度即为狭缝入射口或出射口宽度W，W＝(0.4～0.6)T。

所述楔形的短底边宽度Wmin＝(0.2～0.7)W。

所述内嵌矩形腔腔体的宽度W≤L≤H-50nm，腔体高度D＝60～140nm；上方楔形内嵌矩形腔腔体的上表面与金属膜上表面的的距离和下方楔形内嵌矩形腔腔体的下表面与金属膜下表面的的距离均为h，h＝30～70nm。

所述介质基底为厚度≥400μm的单面二氧化硅抛光硅片，其上二氧化硅膜厚度为≥2μm。

与现有技术相比，本实用新型内嵌矩形腔镜像对称楔形金属狭缝阵列的等离激元滤波器的有益效果是：1、平面光从上平面平行于金属膜平面向下入射，与金属膜产生表面等离极化激元，同时与局域表面等离激元共振，两者同时影响强透射EOT特性，增强狭缝结构的透射能力；2、利用内嵌对称矩形腔各自形成的相位分布满足相干相消的条件，从而使得在可见光波段形成传输禁带；同时，利用内嵌矩形腔使得狭缝内的特征阻抗减小，从而使得近红外光波段的透射系数相比于无内嵌矩形腔的狭缝阵列更大；因此，通过增大/减小矩形腔腔体高度D可增大/减小禁带宽度；通过增大/减小矩形腔腔体长度L禁带中心红移/蓝移，实现可见光波段可调控的禁带调制功能，并且同时可增强近红外光波段的平面光透射率；3、可通过内嵌矩形腔的结构尺寸参数进行范围内的频率选择。；4、结构简单，易于加工，体积小(只有几百纳米)，易于实现高密度的光集成，频率选择效果好，为纳米光电子器件的设计提供一种新型等离激元滤波器。

附图说明

图1为本内嵌矩形腔镜像对称楔形金属狭缝阵列的等离激元滤波器实施例的X-Y-Z三维结构示意图；

图2为图1中一个周期的内嵌矩形腔镜像对称楔形金属狭缝的X-Y方向结构示意图；