[发明专利]一种表面等离激元奇异折射与反射调控结构及其设计方法

权利要求书

1.一种基于金属薄膜的表面等离激元奇异折射与反射调控结构，其特征在于，由具有不同等离子体共振频率的金属纳米薄膜对接而成；借助金属薄膜两侧SPP的电磁耦合，在工作频率处该结构同时支持具有正群速度和负群速度两种不同的SPP模式；通过一块支持负群速度SPP模式的金属薄膜与另一块支持正群速度SPP模式的金属薄膜对接，在两者界面处实现奇异折射与反射；包括一个入射端和一个折射端，背景介质材料为空气，入射端和折射端为厚度相同的银或铝纳米薄膜，透反射端关于y方向对称；在工作频率下支持群速度相反的SPP模式。

2.根据权利要求1所述的基于金属薄膜的表面等离激元奇异折射与反射调控结构，其特征在于，所述表面等离激元奇异折射与反射调控的工作频率均为f＝1753.6THz，表面等离激元奇异反射的入射端和折射端金属材料分别是10nm厚的Ag与Al薄膜对接，表面等离激元奇异折射的入射端和折射端金属材料分别是10nm厚的Al与Ag薄膜对接。

3.如权利要求1所述的基于金属薄膜的表面等离激元奇异折射与反射调控结构的设计方法，其特征在于，具体步骤为：

S1：确定支持表面等离激元奇异折射与反射的天然金属薄膜的厚度d，使得存在特定频率范围，支持群速度为负的SPP模式；

S2：确定支持表面等离激元奇异折射与反射的入射端与透射端天然金属薄膜材料的等离激元ω_p，及其背景介质材料介电常数ε，根据步骤S1中确定的金属薄膜厚度d，得到透反射两侧的SPP色散关系；

S3：根据步骤S2中确定的透反射两侧的SPP色散关系，确定支持表面等离激元奇异折射与反射的工作频率f；

S4：在该工作频率f下，对入射端SPP模式进行选择，对应选择透射端金属材料，分别获得奇异折射与反射现象，表面等离激元发生奇异折射与反射的传播规律，满足广义Snell定律，由下式确定：

n_spp,i*sinθ_i＝n_spp.t*sinθ_t；n_spp,i*sinθ_i＝n_spp,r*sinθ_r。

4.根据权利要求3所述的设计方法，其特征在于，背景介质材料为空气，介电常数ε＝1；实现表面等离激元奇异折射，入射端为d＝10nm的金属Al，ω_p＝2.243¹⁶rad/s，入射SPP为f＝1753.6THz下支持的波矢为k_spp＝37.8μm^-1的具有正群速度的SPP；折射端为d＝10nm的金属Ag，ω_p＝1.363¹⁶rad/s，激发的负折射SPP为f＝1753.6THz下支持的波矢为k_spp＝100.16μm^-1的具有负群速度的SPP，激发的正折射SPP为f＝1753.6THz下支持的波矢为k_spp＝44.4μm^-1的具有正群速度的SPP。

5.根据权利要求3所述的设计方法，其特征在于，背景介质材料为空气，介电常数ε＝1；实现表面等离激元奇异反射，入射端为d＝10nm的金属Ag，ω_p＝1.363¹⁶rad/s，入射SPP为f＝1753.6THz下支持的波矢为k_spp＝100.16μm^-1的具有负群速度的SPP，激发的负反射SPP为f＝1753.6THz下支持的波矢为k_spp＝44.4μm^-1的具有正群速度的SPP；折射端为d＝10nm的金属Al，ω_p＝2.243¹⁶rad/s，激发的负折射SPP为f＝1753.6THz下支持的波矢为k_spp＝37.8μm^-1的具有正群速度的SPP。