[发明专利]一种宽波段自发辐射增强的四聚体金属纳米天线结构及其制造方法和应用

说明书

本发明公开了一种宽波段自发辐射增强的四聚体金属纳米天线结构及其制造方法和应用，所述四聚体金属纳米天线结构包括金属基底、介质隔层、辐射点源和金属纳米线，其中：所述介质隔层紧密贴合固定于所述金属基底顶部，所述金属纳米线设有四根，每一金属纳米线紧密贴合固定于所述介质隔层的上表面上，每一所述金属纳米线周围被空气环绕，四根金属纳米线两两平行排布，左右对称，前后对称；所述介质隔层使得金属基底和金属纳米线之间形成纳米间隙，所述辐射点源位于所述介质隔层内，且不接触所述金属基底和金属纳米线。本发明能实现宽波段的自发辐射增强。

技术领域

本发明涉及金属微纳结构表面等离激元自发辐射增强效应领域，特别是涉及一种宽波段自发辐射增强的四聚体金属纳米天线结构及其制造方法和应用。

背景技术

金属微纳结构表面等离激元自发辐射增强效应是指由入射电磁波在金属微纳结构表面附近形成表面等离激元，当金属微纳结构与置于金属微纳结构附近的辐射点源满足谐振条件时，点源能级跃迁速率会增加，从而增强点源的自发辐射速率。

现有技术中，实现与光场(电磁场)产生相互作用的金属结构大多是金属纳米结构，越来越多的研究都集中于多种组合结构的情况。其中较简单的有金属球与介质界面的组合结构等；复杂结构包含纳米金属天线或光栅以及金属层与介质层等的多层杂化结构。本发明的结构就属于复杂结构。

近年来有研究发现，应用金属微纳结构产生的表面等离激元可以增强自发辐射效应。但是，传统的金属微纳结构产生的表面等离激元自发辐射增强效应弱，可调参数少等，使得结构应用受限。亦有研究发现，分子或量子点的荧光发射范围通常在几十到上百纳米的波长范围内，因此要求设计的结构能提供宽波段自发辐射增强。然而，对于典型的金属光学纳米天线，比如单纳米天线、偶极天线、领结天线、开口环形天线等，很难实现宽波段自发辐射增强。同时，大部分激发光和辐射光波长并不相等，提供宽波段自发辐射增强可以实现激发光和辐射光波长的同时增强，于是能大大提高器件的应用性能和效率。

基于以往金属微纳结构的缺点，及当今研究中对宽波段自发辐射增强这一性能的需求，本发明的目的是提供一种宽波段自发辐射增强的四聚体金属纳米天线结构。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的金属微纳结构产生的表面等离激元自发辐射增强效应弱，可调参数少的问题，而提供一种宽波段自发辐射增强的四聚体金属纳米天线结构。

本发明的另一个目的是提供所述四聚体金属纳米天线结构的制造方法。

本发明的另一个目的是提供所述四聚体金属纳米天线结构的应用。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种宽波段自发辐射增强的四聚体金属纳米天线结构，包括金属基底、介质隔层、辐射点源和金属纳米线，其中：

所述介质隔层紧密贴合固定于所述金属基底顶部，所述金属纳米线设有四根，每一金属纳米线紧密贴合固定于所述介质隔层的上表面上，每一所述金属纳米线周围被空气(n_air＝1)环绕，四根金属纳米线两两平行排布，左右对称，前后对称；

所述介质隔层使得金属基底和金属纳米线之间形成纳米间隙，所述辐射点源位于所述介质隔层内，且不接触所述金属基底和金属纳米线，否则会引起荧光淬灭，不利于荧光自发辐射增强。

在上述技术方案中，金属纳米线的材质为金、银或铜等贵金属；其折射率n_m与辐射点源的辐射波长有关，金属纳米线可改变辐射点源的辐射方向，使介质隔层内纳米间隙中的电磁场产生谐振与能量聚焦效应，增强辐射点源的辐射速率。