[发明专利]一种金属纳米环柱阵列结构的新型超窄带吸波器

说明书

本发明涉及一种金属纳米环柱阵列结构的新型超窄带吸波器，解决的是品质因数差的技术问题，通过采用所述基于表面晶格共振的超窄带吸收体是由纳米环柱阵列组成的；所述的纳米阵列单元从下往上依次设置为介质层基底、金属薄膜反射层及谐振器；所述的纳米阵列单元反射层薄膜金的厚度大于入射电磁波在贵金属金的趋肤深度的技术方案；所述的纳米阵列单元采用双环柱结构压缩了吸波体的吸收频谱的半峰全宽，较好地解决了传统吸波体吸收效率低，吸收半峰全宽大，品质因数低等问题，可用于窄带热辐射器，等离子体生物传感器的应用中。

技术领域

本发明涉及超窄带吸波器领域，具体涉及一种金属纳米环柱阵列结构的新型超窄带吸波器。

背景技术

近年来，基于表面晶格共振的窄带吸波体在许多领域中被受关注。纳米尺度的超窄带吸波器由于体积小，灵敏度高，市场应用前景广泛，易于大规模生产等特性，越来越受到人们的重视。而传统的窄带吸波体的常规结构是金属-介质-金属结构，但是产生的表面晶格共振效应较不明显，显著降低了吸波体的品质因数，致使窄带吸波体的应用受限。

为解决现有超窄带吸波器品质因数小的技术问题，本发明提供一种基于纳米结构金属表面的表面晶格共振的超窄带吸波体，在共振吸收波长能够产生强烈的表面晶格共振效应和超高的光学相互作用，得到较高的品质因数。使得基于表面晶格共振的超窄带吸波体在窄带热辐射器，高灵敏度生物传感器等方面具有较大的应用发展前景。

发明内容

现有报道的窄带吸波体几乎都存在品质因数小问题，为解决这一技术问题，本发明提供了一种基于金属纳米环柱阵列结构的新型超窄带吸波器，该新型超窄带吸波器具有较高的品质因数的特点。

为提升窄带吸波体的品质因数，采用的技术方案如下：

一种金属纳米环柱阵列结构的新型超窄带吸波器，所述金属纳米环柱阵列结构的新型超窄带吸波器包括周期性排列的纳米结构单元；所述纳米结构单元从下往上依次为介质基底、底层连续金属薄膜、谐振器；所述底层连续金属薄膜的厚度大于入射波在所述底层连续金属薄膜层的趋肤深度；

所述谐振器包括两个同心金属纳米环柱；第一同心金属纳米环柱处于第二同心金属纳米环柱之下，两纳米环柱内径相等，第一纳米环柱外径大于第二纳米环柱的外径，且两者高度相等；所述第一纳米环柱与第二纳米环柱之间无缝连接；

所述介质基底与底层连续金属薄膜竖直截面形状均为长方形；所述介质基底和底层连续金属薄膜的水平截面形状均为正方形且大小相同。

本发明的工作原理：由于所设计的超窄带吸波体的吸波组分仅由同一金属组成，所以能使周期性纳米结构产生较强表面晶格共振，同时使谐振器和金膜两者之间产生较强的光学耦合作用，从而使器件能获得较高的品质因数。表面晶格共振本质上是复杂的局域表面等离子体共振，它在周期性阵列衍射级上不仅具有周期性效应，而且受到金属结构等离激元性质的影响。而对于我们所设计的结构，共振波长随着周期变大而线性增加。由于每个结构单元具有更强的耦合作用和更强的表面晶格共振效应，所述窄带吸波体结构具有更小的周期性。并且，我们能够通过增加周期的大小可以减少结构单元之间的耦合由此可以减小谐振带宽。

该纳米结构是全金制成的，与普通的金属-介质-金属结构相比，所设计的纳米结构下方的高反射性底层提供了强烈的光学相互作用，并将光线散射回空气而不是向下进入电介质。通过消除这种前向散射，辐射损耗显著降低，有助于得到更窄的吸收带。全金属吸收体将电磁场共振从基底界面驱动到纳米结构的顶部表面。来自顶部表面的激发模式可以将局部场的强度比金属-介质-金属结构要高三倍以上。总体而言，由下面的金属基板所激发的高度激发的表面晶格共振可以提供更尖的吸收频谱和更高品质因数。

上述方案中，为优化，进一步地，所述底层连续金属薄膜的材质为金。