[发明专利]一种电子注耦合激励表面等离子体激元的方法

说明书

技术领域

本发明涉及辐射源技术领域，具体涉及一种电子注耦合激励表面等离子体激元的方法。

背景技术

近年来，人们提出使用表面等离子体激元(Surface plasmon polaritons，缩写为SPPs)联合电子学与光子学产生辐射。基本过程在于通过平行运动电子注激励金属或石墨烯等承载SPPs的媒质，并通过切伦科夫辐射、Smith-Purcell辐射等将之转换为频率相干、可调辐射场。表面等离子体激元被认为是产生小型化、可集成、高功率密度、工作频率范围宽的新型辐射源的新方法。平行运动电子注对SPPs的激励是其中关键技术之一。目前，平行运动电子注激励SPPs是通过电子注在金属等媒质表面运动以激励SPPs，但存在以下不足：

运动电子注需非常靠近金属等媒质表面，难以控制电子注位置，激励SPPs的场幅值较低、激励效率较低；并且，激励的SPPs随时间迅速衰减。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种电子注耦合激励表面等离子体激元的方法，以解决现有表面等离子体激元SPPs激励场幅值较低、效率不高、随时间迅速衰减的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种电子注耦合激励表面等离子体激元的方法，用电子注激励周期结构中的仿表面等离子体激元，以激励出的仿表面等离子体激元作为激励源去耦合激励媒质元件中的表面等离子体激元，从而获得表面等离子体激元；

其中，周期结构是由金、银或无氧铜制成的，周期结构包括多个重复排列的单元，并且相邻两个单元之间具有缝隙；媒质元件是由金属或石墨烯制成的薄膜。

本发明获得表面等离子体激元SPPs的方式为：由电子注直接激励媒质元件中的表面等离子体激元SPPs转变为通过电子注激励周期结构的仿表面等离子体激元SSPs，再以仿表面等离子体激元SSPs作为激励源，激励媒质元件，使得表面等离子体激元SPPs的激励源由电子注投射场变为周期结构中的仿表面等离子体激元SSPs。而周期结构中的SSPs场相较于电子注投射场要大至少两个以上的数量级，因此，由周期结构中的SSPs作为激励源，能够获取更高的场幅值。同时，周期结构的SSPs是一个持续的输入信号，而电子注投射场仅为一个脉冲函数，这使得耦合激励时SSPs激励源能在时间上持续不断地耦合激励SPPs，从而大幅提高SPPs衰减时间至300飞秒以上。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述方法包括以下具体步骤：

用设置在周期结构一侧的电子枪发射电子注，电子注在周期结构上平行运动以激励出周期结构中的仿表面等离子体激元；以及

仿表面等离子体激元渗透穿过或传播穿过周期结构的缝隙，耦合激励设置在周期结构另一侧的媒质元件中的表面等离子体激元。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述周期结构与媒质元件间隔设置，周期结构与媒质元件之间的间隔距离等于仿表面等离子体激元的衰减深度与表面等离子体激元的衰减深度之和。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述媒质元件设置于基底上。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述周期结构为透射光栅、孔阵列结构或螺旋线结构。

本发明具有以下有益效果：

本发明采用电子注激励周期结构中的仿表面等离子体激元(缩写为SSPs)作为耦合激励表面等离子体激元SPPs的激励源，使激励的SPPs场幅值较平行运动电子注直接激励强两个以上数量级，提高激励效率；SSPs持续激励SPPs，使SPPs的衰减时间大幅度延长，达300飞秒以上。

附图说明

图1为本发明的工作原理图；

图2(a)为实施例1的耦合激励与电子注直接激励的SPPs频域的对比图；

图2(b)为实施例1的耦合激励与电子注直接激励的SPPs时域的对比图；

图3为实施例1的耦合激励与电子注直接激励的等效电流源对比图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。