[发明专利]一种基于表面等离极化激元与光学腔强耦合的波长选择器

说明书

本发明提供了一种基于表面等离极化激元与光学腔强耦合的波长选择器，包括：由下至上依次层叠设置的平面衬底、超薄下金属反射镜、金属纳米阵列嵌入式法布里‑珀罗复合光学腔、以及超薄上金属反射镜；所述金属纳米阵列嵌入式法布里‑珀罗复合光学腔的折射率大于所述平面衬底的折射率；所述金属纳米阵列嵌入式法布里‑珀罗复合光学腔包括法布里‑珀罗光学腔，以及嵌入腔中的金属纳米阵列；所述中的金属纳米阵列中的单颗粒呈周期性阵列排布。本发明提出一种基于表面等离极化激元与光学腔强耦合的波长选择器，解决了当前表面等离极化激元波长选择器件不易集成、单一波长选择性的问题。

技术领域

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种纳米尺度的基于表面等离极化激元与光学腔强耦合的波长选择器。

背景技术

当金属表面结构呈曲面直径小于亚波长的纳米球体、柱体等结构时，表面等离极化激元(Surface plasmonpolariton,SPP)不能以电磁波的形式在金属与介质界面传输，而只能被局域在这些金属结构附近，形成局域化的SPP，称之为LSP(Localized surfaceplasmon，LSP)。由于金属纳米结构的表面曲率半径比一定粗糙度的金属平面小得多，因此LSP可极大地增强金属纳米结构近场区域的电磁场。近年来，利用表面等离极化激元能量高度局域化、可突破光学衍射极限的特征，研究人员开发出诸多纳米光子学器件，如表面等离极化激元波长选择器、波导及滤波器等纳米光子学器件，实现了在纳米尺度范围内对光子的进一步操控。

然而，当前制备的表面等离极化激元波长选择器，其尺寸较大不易集成，而且仅具备针对单一特定波长的选择特性，严重制约了波长选择器的广泛应用。如申请号为201310076320.0的中国专利公开了一种表面等离激元波长选择器结构,该结构只在单一的特定波长下其反射光强度趋于零，也就是说，所利用的表面等离极化激元仅针对单个波长具有选择特性。因此，若能基于新原理和新方法开发出具有多波长选择特性的表面等离极化激元波长选择器，将极大地拓展传统表面等离极化激元波长选择器的实际应用范围，尤其是可将其与硅基光电探测器集成，使探测器获得更多波段的信息以更有效地识辨目标，进一步提高光电探测的可靠性与准确性。

发明内容

本发明为了克服上述技术和原理存在的不足，提出一种基于表面等离极化激元与光学腔强耦合的波长选择器，旨在解决当前表面等离极化激元波长选择器件不易集成、单一波长选择性的问题。

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种基于表面等离极化激元与光学腔强耦合的波长选择器，包括：由下至上依次层叠设置的平面衬底、超薄下金属反射镜、金属纳米阵列嵌入式法布里-珀罗复合光学腔、以及超薄上金属反射镜；

所述金属纳米阵列嵌入式法布里-珀罗复合光学腔的折射率大于所述平面衬底的折射率；

所述金属纳米阵列嵌入式法布里-珀罗复合光学腔包括法布里-珀罗光学腔，以及嵌入腔中的金属纳米阵列；所述中的金属纳米阵列中的单颗粒呈周期性阵列排布；

在一较佳实施例中：所述超薄上金属反射镜和超薄下金属反射镜的厚度为 5nm。

在一较佳实施例中：所述金属纳米阵列的单颗粒的截面形状为圆形或多边形结构。

在一较佳实施例中：所述法布里-珀罗光学腔中的金属纳米阵列的材料由金、银、铝、铑中的一种构成，或者由两种构成核壳结构。

在一较佳实施例中：所述法布里-珀罗光学腔的厚度满足所述金属纳米阵列完全嵌入其中。

在一较佳实施例中：所述超薄上金属反射镜、超薄下金属反射镜的材质为金、银、铝、铑中的一种。

本发明还提供了上述的波长选择器的制作方法，包括如下步骤：

(1)运用真空电子束蒸发技术，在二氧化硅平面衬底上通过高能电子束轰击铝靶源，形成5nm厚的金属铝层，所述金属铝层构成超薄下金属反射镜；