[实用新型]一种表面构建凹槽的四层圆锥形场局域增强器件

说明书

本实用新型揭示了一种表面构建凹槽的四层圆锥形场局域增强器件，该场局域增强器件包括四层结构，即第一层结构、第二层结构、第三层结构和第四层结构，第一层结构、第二层结构、第三层结构和第四层结构由内向外逐层构成一同轴圆锥形结构，圆锥形结构包括两部分，表面带有环状凹槽的上半部分和表面光滑的下半部分。所述上半部分、下半部分各占圆锥形高度的1/2，在圆锥形高度的1/2位置处沿第四层结构的外侧斜面往上构建有深度为d，周期为L，占空比为5:12的周期性环形凹槽。由于其纳米级别的尺寸和高场强，此结构在超分辨率成像、超高密度集成光路、光学数据存储、新型光源和近场光学等诸多技术领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本实用新型涉及一种表面构建凹槽的四层圆锥形场局域增强器件，可应用于超分辨率成像、超高密度集成光路、光学数据存储、新型光源和近场光学等诸多技术领域。

背景技术

随着纳米光学的快速发展，其中的纳米光学器件也成为了许多学者研究的重点。由于纳米光学器件的大小和空间距离在不断地缩小，在设计特殊形状和大小的纳米级时会碰上了技术上的困难--光场在纳米尺度上的的传递和集中(纳米聚焦)。因为光的波长在微尺度上，许多数量级太大，从而限制了纳米光学器件的发展，例如：锥形光纤或聚焦于金属尖端会导致巨大的损失，只有极小的激发能部分被转移到纳米尺度上，表面等离激元(Surface Plasmon Polaritons，SPPs)在解决这一技术困难中起到了关键性作用。

SPPs是物理光学和凝聚态物理学界的一个快速发展的领域。1902年，Wood在实验室第一次观察到SPPs，1960年E.A.stren和R.A.Farrel提出SPPs的概念。随后几十年里，SPPs的研究探讨由表面等离子体(surface plasmons，SPs)激发引起的和与之相关的现象。经理论和实践表明SPPs可以打破空间的衍射极限，实现表面等离子共振、还可以是局部电磁场增强等。SPPs也在耦合器、纳米波导、调制器、开关和纳米光刻等领域有显著的应用。

径向偏振光是轴对称偏振结构，而且在光轴上的电场大小相同但偏振方向相反。径向偏振光可以有效地提高SPPs激发效率，并通过金属尖端进一步局部化和增强，而线偏振光就不能很好地满足SPPs的激发偏振要求。当所使用的亚波长金属微纳米结构具有轴对称性质时，用径向偏振光源照明激发SPPs时能量利用率更高、聚焦点更小并且可以自动满足SPPs激发所需的横磁偏振条件。

2000年，A.J.Babadjanyan使用简单金属锥形模型进行理论推导。2007年，WeibinChen等人提出了一种介质-金属双层圆锥结构，通过研究入射光及圆锥结构的各参数，使结构尖端能够获得该种结构的最佳场聚焦效果。2011年Jae Sung Lee利用刻有凹槽的金属圆锥金属锥结构，研究了多种电磁场聚焦。2018年Ji Xu研究了高折射率介质-低折射率介质-金属的三层混合等离激元的锥结构，进一步提高了锥形结构对场的聚焦效果。针对高折射率介质-低折射率介质-更低折射率的低折射率介质-金属的四层锥形的结构比上述的两层和三层锥形结构对柱光束具有低损耗的特性和凹槽的耦合特性，所以提出了表面构建环形凹槽的四层圆锥形场局域增强器件。

发明内容

本实用新型的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提出一种表面构建凹槽的四层圆锥形场局域增强器件。

本实用新型的目的将通过以下技术方案得以实现：一种表面构建凹槽的四层圆锥形场局域增强器件，该场局域增强器件包括四层结构，即第一层结构、第二层结构、第三层结构和第四层结构，所述第一层结构、第二层结构、第三层结构和第四层结构由内向外逐层构成一同轴圆锥形结构，所述圆锥形结构包括两部分，表面带有环状凹槽的上半部分和表面光滑的下半部分。

优选地，所述上半部分、下半部分各占圆锥形高度的1/2，在圆锥形高度的1/2位置处沿第四层结构的外侧斜面往上构建有深度为d，周期为L，占空比为5:12的周期性环形凹槽。

优选地，所述环状凹槽的个数为七个，所述环状凹槽的截面为矩形，周期L为波长的1/2。