[发明专利]一种金属波导结构及其使用方法

说明书

本发明公开了一种金属波导结构及其使用方法，包括金属波导体和介质微球体；所述金属波导体为中空金字塔锥形的框体结构且具有外壁面和内壁面；所述介质微球体设于所述金属波导体内且与内壁面贴合；所述金属波导体包括入射端口和出射端口，所述入射端口和出射端口的形状为方形，处于所述出射端口位置的金属波导体的锥角大于满足绝热条件所需的临界锥角。本发明提出的金属波导结构，突破了常见中空金属波导结构受隐失衰减法对孔径大小和透过率的双重制约，通过模拟实现了光场透过率增强，从而对扩展了中空金属波导运用范围有着积极的作用。

技术领域

本发明属于光学领域，具体涉及一种金属波导结构及其使用方法。

背景技术

纳米光子学的迅速发展对光学器件的要求也越来越高，不仅要求光学器件的尺寸要高度小型化，便于纳米应用和集成，而且要求在纳米尺度内实现对光场的聚焦、耦合和传导。但受衍射极限的影响，基于传统的光学原理，常规光波导难以在纳米尺度上实现对光场的有效传输和处理，如何获得高透过率小尺度光场是纳米光子学研究的重要内容之一。其相关技术在实现超分辨光学成像、光生物传感、高密度光存储等多个领域有着广泛的应用前景。

中空金属波导结构是获取小尺度光场常见的结构，其中比较典型的是中空金字塔锥形金属波导。由于中空金字塔锥形金属波导金属壁的屏蔽作用，信号光场与外部隔绝，光场传输几乎受外界影响，而且传输端口光场尺寸主要取决于孔径的大小，与光源波长无关，但孔径处获得的传输光场源自中空金字塔锥形金属波导中光场最低阶传输模截止及隐失场衰减辐射，透过率会随孔径尺度减小而急剧降低。利用实心锥形金属波导是实现光场透过率增强的另一种重要技术方法。与常规的中空金属波导隐失场衰减法相比，实心锥形金属波导获取的光场具有高透过率、小尺度等优点，但光场背景噪声大、光场分布和尺度不易控制等缺点显著。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明的目的在于提供一种金属波导结构，旨在解决现有技术存在的问题。

本发明为达到其目的，所采用的技术方案如下：

一种金属波导结构，包括：

金属波导体和介质微球体；

所述金属波导体为中空金字塔锥形的框体结构且具有外壁面和内壁面；

所述介质微球体设于所述金属波导体内且与内壁面贴合；

所述金属波导体包括入射端口和出射端口，所述入射端口和出射端口的形状为方形，处于所述出射端口位置的金属波导体的锥角大于满足绝热条件所需的临界锥角。

优选的，所述金属波导体包括若干个首尾相接的连接件，所述连接件的表面设有将所述框体结构包裹住的包层体，所述包层体形成金属壁。

优选的，所述金属壁的厚度为100nm。

优选的，所述框体结构为棱锥型结构。

优选的，所述的入射端口的宽度为5μm，所述出射端口的宽度为100nm，所述金属波导体的锥角为60°。

优选的，所述介质微球体的半径为1100nm。

优选的，在不考虑色散的情况下，所述介质微球体的介电常数为2.2。

优选的，所述金属波导体具有四个内壁面，所述介质微球体通过嵌入方式固定在金属波导体内，并与所述四个内壁面相切。

本发明还包括一种属波导结构的使用方法，基于上述的金属波导结构，包括以下步骤：

将波长λ＝500nm、半宽高为9nm的线性偏振高斯光束作为入射光入射至位于内嵌介质微球体的金属波导体前端的光阑，再经过聚焦透镜，将光场耦合进入内嵌介质微球体的金属波导体，且使其聚焦点为金属波导体入射端口的中心位置；