[发明专利]一种基于周期性亚波长孔阵列的表面等离子体光开关

说明书

本发明提供一种基于周期性亚波长孔阵列的表面等离子体光开关，该光开关是由电介质基底和位于电介质基底上的金属薄膜构成的微纳结构，金属薄膜的材料为可产生表面等离子体的金属材料。金属薄膜上设有多个相同的孔，各个孔周期性排列形成阵列。孔上设置有内尖端、外尖端，外尖端包括相对设置的第一外尖端、第二外尖端，内尖端包括相对设置的第一内尖端、第二内尖端，两外尖端均为背向孔的中心方向延伸的尖端，两内尖端均为朝向孔的中心方向延伸的尖端。本发明的器件仅由电介质基底和具有孔阵列的金属薄膜组成，尺寸小，结构简单；另外，只需改变入射光的偏振方向，便可控制近红外光的开关，操作方便，无泵浦光对信号光及后续光路的干扰。

技术领域

本发明涉及微纳光子器件领域，具体涉及一种基于周期性亚波长孔阵列的表面等离子体光开关。

背景技术

随着社会进步，电子器件已经很难满足人们对信息传输速度和存储量的需求，于是部分研究者们将目光转向了光子器件。由于存在衍射极限这一难题，使得光子器件无法小型化和集成化，极大限制了光子器件在信息领域的应用。表面等离子体(SurfacePlasmon,SP)具有亚波长、电场局域以及局域场增强等优良特性，为解决这一难题提供了一种有效的方法。利用SP，人们设计并实现了许多微纳光子器件，其中表面等离子体光开关是通过控制外部因素改变开关中SP的激发或传输，进而调控光的有无强弱，从而实现对光的开关操作。相对于传统的光开关，表面等离子体光开关可在小于衍射极限尺度内实现对光的控制，从而在纳米尺度上实现光开关的集成。

近年来，随着各种微纳制备技术的日渐成熟，众多表面等离子体光开关被先后实现。例如，Pala R A等人在电介质基底上的金属薄膜表面添加光致变色分子层，并在金属薄膜中设置了两个光栅，利用泵浦光照射光致变色分子层，实现了一个表面等离子体激元波导光开关；Veronis G等人通过在波导中设置一个半导体增益介质矩形腔，实现了一个由外界泵浦光控制的金属-空气-金属波导表面等离子体光开关。正如上述所列举的现行的表面等离子体光开关都存在结构复杂，难以集成的问题，并且由于需要外界泵浦光控制，因而不可避免的存在泵浦光对信号光路及后续光路的干扰。

本申请的背景技术文件为：

(1)Pala R A,Shimizu K T,Melosh N A,et al.A nonvolatile plasmonicswitch employing photochromic molecules[J].Nano letters,2008,8(5):1506-1510；

(2)Veronis G,Yu Z F,Kocabas S E,et al.Metal-dielectric-metalplasmonic waveguide devices for manipulating light at the nanoscale[J].Chinese Optics Letters,2009,7(4):302-308。

发明内容

本发明需要解决的是现有表面等离子体光开关结构复杂和泵浦光干扰的问题，提供一种结构简单且无泵浦光干扰的表面等离子体光开光。

本发明通过以下技术方案解决上述问题：一种基于周期性亚波长孔阵列的表面等离子体光开关，所述表面等离子体光开关为微纳结构，所述表面等离子体光开关由电介质基底和位于电介质基底上的金属薄膜构成，所述金属薄膜的材料为可产生表面等离子体的金属材料，其特征在于：所述金属薄膜上设有多个相同的孔，各个所述孔周期性排列形成阵列，所述孔上设置有内尖端、外尖端，所述外尖端包括相对设置的第一外尖端、第二外尖端，所述第一外尖端、第二外尖端均为背向孔的中心方向延伸的尖端，所述内尖端包括相对设置的第一内尖端、第二内尖端，所述第一内尖端、第二内尖端均为朝向孔的中心方向延伸的尖端。