[发明专利]一种基于表面等离激元的四象限探测器

权利要求书

1.一种基于表面等离激元的四象限光电探测器，其特征在于，设有金属膜，在金属膜表面设有一组边长为a的亚波长正方形凹槽，各凹槽的位置位于一个M×N的正方形网格的格点位置，M表示网格的列数，N表示网格的行数，M可等于N，每个凹槽的位置记为r_m,n＝max+nay,x和y是直角坐标系x和y方向单位矢量，m和n是任何绝对值不大于M的整数，某个凹槽的位置记为(m,n)。

2.如权利要求1所述一种基于表面等离激元的四象限光电探测器，其特征在于，所述金属膜为金膜、银膜或铝膜。

3.如权利要求1所述一种基于表面等离激元的四象限光电探测器，其特征在于，所述金属膜的厚度为40～70nm；所述正方形凹槽的边长为300～500nm，深度为30～60nm。

4.一种对光束位置进行探测的方法，其特征在于，采用权利要求1所述的一种基于表面等离激元的四象限光电探测器，所述探测方法包括以下步骤：

1)按照波动光学，设计凹槽在网格上的排列位置，使激发的表面等离激元能实现四个焦点，分别位于±x和±y轴上，且焦距相等；

2)调整器件和入射高斯光束的相对位置：要求入射光垂直金膜表面；要求光束腰的位置和金膜表面重合；要求偏振方向沿着正方形凹槽对角线方向；

3)采集四个焦点位置的表面等离激元强度，类比标准的四象限探测器算法,由焦点的强度I_i,其中i＝1,2,3,4，计算出一组包含光束位置信息的相对位置坐标(χ,ψ)；

4)I₁、I₂、I₃和I₄随入射光束中心位置的变化关系由表面等离激元点源模型或通过麦克斯韦方程组或通过电磁场商用计算软件求得，从而得到x_d与χ、以及y_d与ψ之间的关系，所述x_d和y_d是在x1-y1坐标系中度量的光束位置,x1-y1坐标是将x-y坐标系以原点为中心逆时针转45度得到，当光束位置在器件中心附近时，χ和ψ分别是光束位置坐标x_d和y_d的单值函数，根据测量的相对位置坐标(χ,ψ)值，就能反推出x_d和y_d，即实现光束位置的探测。

5.一种对光束位置进行探测的方法，其特征在于，采用权利要求1所述的一种基于表面等离激元的四象限光电探测器，所述探测方法包括以下步骤：

1)按照波动光学，设计凹槽在网格上的排列位置，使激发的表面等离激元能在±x和±y各方向上产生两个焦点，即共产生八个焦点，且焦距相等；

2)调整器件和入射高斯光束的相对位置：使入射光垂直金膜表面；使光束腰的位置和金膜表面重合；使偏振方向沿着正方形凹槽对角线方向；

3)采集八个焦点位置的表面等离激元强度，由扩展的四象限探测器算法,由焦点的强度I_i，其中i＝1,2,3,...8,计算出两组包含光束位置信息的相对位置坐标：(χ1，ψ1)和(χ2，ψ2)；

4)I₁、I₂、…、I₇和I₈随入射光束中心位置的变化关系由表面等离激元点源模型或通过麦克斯韦方程组或通过电磁场商用计算软件求得，从而得到x_d与χ1，x_d与χ2，y_d与ψ1，以及y_d与ψ2之间的关系，所述x_d和y_d是在x1-y1坐标系中度量的光束位置,x1-y1坐标是将x-y坐标系以原点为中心逆时针转45度的得到，当光束位置在器件中心附近时，χ1、χ2都是光束位置坐标x_d单值函数，ψ1、ψ2都是位置坐标y_d的单值函数，根据测量的相对位置坐标(χ1,ψ1)或(χ2,ψ2)值都能反推出x_d和y_d，即实现光束位置的探测。