[实用新型]一种用于加宽红外增强透射谱的薄膜金属结构

说明书

本实用新型公开了一种用于加宽红外增强透射谱的薄膜金属结构，其包括：本底，本底上形成有狭缝或者二维孔阵列；本底上为狭缝时，相邻狭缝距离渐变且成周期性变化；本底上为二维孔阵列时，相邻列孔间距渐变且成周期性变化，相邻行孔间距渐变且成周期性变化。本实用新型薄膜金属光栅在整体为周期性结构的提前下，每个周期中相邻狭缝采用距离渐变的排列方式，以使不同波长的入射光可以通过不同狭缝增强透射，从而整体达到加宽增强透射光谱的目的；二维金属孔阵列亦如此。

技术领域

本实用新型属于光学器件技术领域，涉及一种用于加宽红外增强透射谱的薄膜金属结构。

背景技术

表面等离激元是入射光和金属表面的自由电子相互作用所引起的一种电磁波模式。在这种相互作用下，金属表面的自由电子在与其频率相同的光波照射下发生集体振荡。自由电子的振荡局限于金属与介质界面附近，沿表面传播，并能在特定亚波长结构条件下在金属表面形成光场增强。表面等离激元在光催化、纳米集成光子学、光学传感、生物标记、医学成像、太阳能电池、红外探测器以及表面增强拉曼光谱等领域有广泛的应用前景。特别地，在表面等离激元的辅助作用下，狭缝宽度(或金属孔尺寸)为亚波长的薄膜金属光栅(或薄膜金属孔阵列)对特定波长和偏振方向的入射光有透射增强作用，其归一化的透射率可大于1，远大于经典光学的结果[Xie,Y.,Zakharian,A.R.,Moloney,J.V.,and Mansuripur,M.,Optics Express,13(12),4485-91(2005)；Fang,X.,Li,Z.,Long,Y.,Wei,H.,Liu,R.,Ma,J.,Kamran,M.,Zhao,H.,Han,X.,Zhao,B.,and Qiu,X.,Physical Review Letters,99,066805(2007)；Chang,C.-C.,Sharma,Y.D.,Kim,Y.-S.,Bur,J.A.,Shenoi,R.V.,Krishna,S.,Huang,D.,and Lin,S.-Y.,Nano Letters,10,1704-09(2010)]。这对在红外探测领域特别是外延化合物探测器的应用领域非常关键，因为它可以将出射光场集中在出射金属薄膜表面的近场区域，从而大大减小所需的探测器吸收区长度，减小工艺生长难度，缩短材料生长时间，提高工艺精度。但是自从1998年Ebbesen等人发现透射增强现象以来[Ebbesen,T.W.,Lezec,H.J.,Ghaemi,H.F.,Thio,T.,and Wolff,P.A.,Nature,391,667(1998)]，对于特定结构的周期性薄膜金属光栅(或薄膜金属孔阵列)，如图1所示，其都只能增强透射某一个或几个特定波长且带宽很窄的入射光，不能增强透射一个连续波段的光，这严重限制了其在需要响应一个连续波段的探测器上的应用。

实用新型内容

(一)实用新型目的

本实用新型的目的是：克服现有利用表面等离激元增强透射的金属光栅的缺陷，提供一种用于加宽红外增强透射谱的薄膜金属结构，薄膜金属光栅在整体为周期性结构的前提下，每个周期中相邻狭缝采用距离渐变的排列方式，以使不同波长的入射光可以通过不同狭缝增强透射，从而整体达到加宽增强透射光谱的目的。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种用于加宽红外增强透射谱的薄膜金属结构，其包括：本底，本底上形成有狭缝或者二维孔阵列；本底上为狭缝时，相邻狭缝距离渐变且成周期性变化；本底上为二维孔阵列时，相邻列孔间距渐变且成周期性变化，相邻行孔间距渐变且成周期性变化。

其中，所述本底上为狭缝时，薄膜金属结构为一维薄膜金属光栅；本底上为二维孔阵列时，薄膜金属结构为二维金属孔阵列。

其中，所述本底采用金或银。

其中，所述一维薄膜金属光栅中的相邻狭缝距离按照线性或非线性变化方式渐变。

其中，所述一维薄膜金属光栅中的相邻狭缝距离按照等差或等比变化方式渐变。