[发明专利]一种增强多色相干SPR器件及其控制方法

权利要求书

1.一种增强多色相干SPR器件，其特征在于，所述增强多色相干SPR器件包括：金属复合光栅；金属复合光栅的单周期长度为p，槽的宽度为a，对槽的深度进行周期性调制，深度调制周期为L，L为p的整数倍，即L＝mp，m为≥2的自然数，在一个深度调制周期内包括m个槽，槽的深度分别为h₁～h_m；自由电子束在金属复合光栅的表面飞过，自由电子束的工作电压为U；根据单周期长度p、槽的宽度a、深度调制周期L，m个槽的深度h₁～h_m和自由电子束的工作电压为U，按照模式匹配法求得金属复合光栅的色散方程，确定色散线；电子束的色散线与金属复合光栅的色散线的交点为互作用点，当互作用点位于辐射区域时，激发出互作用点对应频率的空间辐射；根据辐射特性，整个色散空间划分为辐射区和非辐射区，金属复合光栅的色散线分裂成m个通带，其中频率最低的通带位于非辐射区域中，剩余(m-1)个通带在辐射区域非辐射区均有分布，因此，通过调节电子束的工作电压，使得最多有(m-1)个互作用点位于辐射区域，相应形成(m-1)个辐射频率的多色相干SPR；一个深度调制周期构成一个谐振腔，谐振腔中槽的深度不同；色散线描述了谐振腔的谐振特性，不同的通带代表谐振腔的不同谐振模式；不同深度的槽中谐振模式的分布不同，高辐射频率的谐振模式主要分布在深度浅的槽中，因此通过调节对应槽的深度实现调节辐射频率；辐射角度与辐射频率有关；通过调节深度调制周期中槽的个数进行调节辐射频率的数目。

2.如权利要求1所述的增强多色相干SPR器件，其特征在于，按照模式匹配法求得金属复合光栅的色散关系矩阵M，大小为m×m，其中元素M(i,l)表示为：

其中，i＝1,…,m，l＝1,…,m，k_zn＝k_z+2nπ/L为n次空间谐波的纵向波矢，k_z为纵向波矢，n次谐波分布在第n布里渊区中为n次空间谐波的波矢，k₀＝ω/c＝2πf/c为自由空间波矢，c为真空中的光速，δ(i-l)为单位冲激函数，f为频率，d为对应的谐振模式。

3.如权利要求1所述的增强多色相干SPR器件，其特征在于，电子束色散线的计算式为：

ω＝v_ek_z

其中，ω＝2πf为角频率，k_z为纵向波矢，v_e为电子束的速度，e为电子电荷量，m₀为电子质量，U为电子束的工作电压，f为频率。

4.如权利要求1所述的增强多色相干SPR器件，其特征在于，深度为h_i的第i个槽的主要谐振模式频率分量f_m近似为：

其中，d为对应的谐振模式，c为真空中的光速。

5.如权利要求1所述的增强多色相干SPR器件，其特征在于，辐射角度θ与辐射频率f_r的关系为：

其中，n指的是互作用点位于n次谐波中，v_e是电子束的速度。