[发明专利]基于二次谐波的完美磁偶极/电偶极纳米天线的制作方法

说明书

本发明公开了一种基于二次谐波的完美磁偶极/电偶极纳米天线的制作方法，属于纳米光子技术领域。该纳米天线的制作方法包括制作金属‑电介质‑金属经典三明治结构的纳米天线；利用激光垂直入射所述的纳米天线的底面，产生激光泵浦；通过激光泵浦产生的二次谐波的非线性响应产生完美磁偶极散射；步骤S2的基础上，通过调整入射偏振与电介质层的x轴之间的夹角，产生完美电偶极散射。本发明的纳米天线通过调整入射偏振来控制二次谐波发射，进而在不同波长位置处实现99.2％的完美磁偶极和完美电偶极散射。优化后的杂化纳米盘二聚体结构制作简单，且能有效聚集入射场能量，增强二次谐波的转化效率，减小模式体积。

技术领域

本发明涉及纳米光子技术领域，具体涉及一种基于二次谐波的完美磁偶极/电偶极纳米天线的制作方法。

背景技术

纳米光学天线可以在亚波长范围内对光进行调控，从而实现光信息在纳米尺度上的处理和传播。目前研究的纳米天线主要是基于表面等离子体共振的金属纳米天线，其产生完美磁偶极/电偶极散射的核-壳结构复杂，对加工技术的要求也较高，因而如何高效准确地加工各种材料也成为制作纳米天线的关键。

纳米天线作为电磁波的媒介，可以实现电磁波和局域场之间的相互转换。传统的纳米天线利用线性光学响应产生磁偶极共振，实现完美磁偶极散射，但其在过程中会产生很大的背景光场，对完美磁偶极的形成产生影响。因而非线性光学效应引起了广大研究者的关注。光谐波产生用于将光从一个波长转换为另一个较短波长(即频率更高)。例如，二次谐波产生(Second-Harmonic Generation：SHG)可以将近红外光处调整到可见光/紫外光波段范围内。现今倍频光常被用于产生三倍频光、光泵浦(Optical Pumping)等诸如此类等领域。然而，常规非线性材料组成纳米颗粒所产生的二次谐波对光与物质相互作用非常弱，因此开发纳米级增强SHG的可靠方法非常重要。

表面等离子体作为在金属与介质的交界面处传播的一种表面电磁波，具有传播方向上波矢量大于光波矢量且在垂直传播方向上是消逝场的特性。利用表面等离子体可以在亚波长范围内对光控制和操纵，利用空间等离子体产生非线性效应可有效增强光与物质的相互作用，减少背景光场的影响，更有利于实现完美磁偶极散射。因此基于表面等离激元材料的纳米天线的研究具有重要的研究价值。

由于金属纳米颗粒的折射率具有虚部大的特性，会导致其在近红外/可见光范围内产生较大损耗，进而限制金属结构在光波段的性能和应用。作为对比，具有高折射率的介质纳米材料在近红外/可见光范围内能显著降低光学损耗，并激发强磁共振，可以产生大模量的非线性光学响应。使用金属-电介质-金属的杂化纳米盘二聚体结构，由于其强共振模式响应的耦合作用可以在宽光谱范围内调控。

相对于等离激元体系，高折射率电介质纳米结构虽然具有更高的二次谐波转换效率，但其一般具有很大的模式体积，这使得增强二次谐波发射的电介质体积较大，不利于设计具有超高集成度的非线性纳光子器件。此外，基于高折射率电介质纳米天线在谐波波长处具有非常复杂的多级散射贡献，这使得其二次谐波远场发射空间分布也会非常复杂，很难实现对非线性远场发射的可控调制。因而，如何实现具有超小模式体积的纳米天线获得增强二次谐波转换效率，同时其远场发射具有低阶散射(对磁偶极/电偶极)特征，是推动高集成度非线性纳光子器件的关键。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的问题，提出一种基于二次谐波的完美磁偶极/电偶极纳米天线设计方法，即采用高折射率介电材料以及调节非线性光学远场，在不同波长位置处产生完美磁偶极和完美电偶极散射，增强二次谐波的转化效率并减小模式体积，为提高纳米光子器件的集成度、降低器件尺寸和成本具有重要的研究和应用价值。

本发明提供了一种基于二次谐波的完美磁偶极/电偶极纳米天线的制作方法，包括以下步骤：S1、制作金属-电介质-金属经典三明治结构的纳米天线；

S2、利用激光垂直入射步骤S1所述的纳米天线的底面，产生激光泵浦；

S3、通过激光泵浦产生的二次谐波的非线性响应产生完美磁偶极散射；