[发明专利]一种横向MIMI格点阵等离激元共振吸收器

说明书

一种横向MIMI格点阵等离激元吸收器。由折射率为1.52的介质基底和以MIMI结构基本单元进行周期性排列形成的横向MIMI格点阵列构成，MIMI结构基本单元是由两列银长方体块和两列二氧化硅长方体块交替堆积形成，每列长方体块的长度和高度完全相同，垂直竖立在介质基底的上表面。整个结构放置在均匀的介质环境中，入射平面光波的入射方向即波矢k与介质基底的上表面垂直，入射光的电场方向平行于银长方体块和二氧化硅长方体块的长，入射光的磁场方向平行于银长方体块和二氧化硅长方体块的宽。通过两种不同的共振形式在吸收光谱上产生两个窄的共振吸收峰，且对介质环境折射率的变化具有很高的灵敏度，在生物化学物质检测领域具有很高的应用价值。

(一)技术领域

本发明属于微纳光学技术领域，具体是由两列银纳米长方体块和两列二氧化硅纳米长方体块交替堆积形成的一种以横向MIMI为基本结构单元的格点阵等离激元共振吸收器。

(二)背景技术

伴随着微纳光学和微电子加工工艺的不断发展与进步，表面等离激元已经引起了越来越多研究人员的注意，它一般被描述为金属表面自由电子集体振荡形成的强烈束缚于金属表面并在其上传播的表面波，产生于金属—介质界面，其光场强度在界面处最大，沿垂直于界面的方向以指数形式衰减。这一现象能够克服传统光学受制于光的衍射极限所遇到的瓶颈，因为它可以把光控制在一个极小的纳米尺寸范围内，这在集成光子器件，全光通信，生物传感，生物医学，新能源等领域的发展发挥至关重要的作用。随着各种微纳米加工及结构表征技术的不断发展和成熟，研究人员除了通过在理论计算和数值仿真上设计出许多基于表面等离激元的高性能光电器件，也可以在实验上轻易制备和表征各种复杂的金属纳米结构。通过研究各种金属结构中表面等离激元的性质来揭示其基本原理，同时不断发现新的应用领域，已成为表面等离激元学发展的趋势。

近十年以来的不断研究已经出现了各种各样的表面等离激元激发形式，尤其是依托于等离激元学中的等离激元格点共振(SLRs)技术，因为在SLRs中一个纳米颗粒相关的电磁场特性可以起到影响相邻纳米颗粒响应的作用，可以显著改善局域等离激元共振的品质因数和光谱特性。人们利用它对介质环境的敏感性和局域场的增强性已经制造出各种高灵敏、小型化、反应迅速的生化传感器，已经被广泛应用在生物样品和化学物质检测领域。

近年来，许多基于等离激元格点共振的吸收器被提出并加以研究，而本发明专利提出了一种横向MIMI格点阵等离激元共振吸收器，本横向MIMI格点阵等离激元共振吸收器与其它基于等离激元的吸收器相比有非常高的品质因数和吸收系数，更重要的是它在正入射的平面光波下通过SLRs中两种不同的共振激发形式OLP和ILP在吸收光谱上产生两个吸收峰，通过改变基本结构单元的几何参数能够很好地实现静态调谐，而且对介质环境具有很高的灵敏性，在生化传感领域具有很高的应用价值。

(三)发明内容

本发明的目的是设计一种横向MIMI格点阵等离激元共振吸收器，在原有的结构基础上进一步研究其几何参数和介质环境对其共振吸收峰的影响，不断寻找和探索其在传感和通信等领域的应用价值。通过改变银纳米长方体块和二氧化硅长方体块的高度、长度、宽度等尺寸和所处的介质环境折射率等参数，可以发现此结构能够有效地调节本横向MIMI格点阵等离激元共振吸收器的吸收系数、品质因数、共振波长等性能。

本发明设计的一种横向MIMI格点阵等离激元共振吸收器，主要由介质基底和具有周期性排列的MIMI长方体块构成，MIMI长方体块由两个银长方体块和两个二氧化硅长方体块交替横向堆砌为一组构成一个MIMI基本单元，每列长方体块的长度和高度完全相同，垂直竖立在介质基底的上表面，每个MIMI基本单元在介质基底上表面沿水平相互垂直的X轴和Y轴成相同的周期排列分布构成一种横向MIMI格点阵列，整个结构放置在一个均匀的介质环境中，入射光为平面波，光源在整个结构的正上方且入射方向即波矢k与介质基底上表面垂直，入射光的电场方向平行于银长方体块和二氧化硅长方体块的长。透射光从MIMI格点阵列下方射出，反射光从MIMI格点阵列上方射出。