[发明专利]能量聚焦的耦合光子‑等离激元微腔及其制备方法和应用

摘要

本发明公开了一种能量聚焦的耦合光子‑等离激元微腔及其制备方法和应用。本发明采用耦合层连接Bragg纳米微腔和金属表面等离激元透镜形成耦合光子‑等离激元微腔，在耦合层的作用下，波导模式和表面等离激元模式相互作用，形成耦合光子‑等离激元模式，从而能量聚焦在Bragg纳米微腔中心；通过蝴蝶结纳米天线和磁振子，有效地将局域在Bragg纳米微腔中的能量耦合到蝴蝶结纳米天线或者磁振子中，并极大地提高了蝴蝶结纳米天线中的电场强度和磁振子中的磁场强度；并且本发明的耦合光子‑等离激元微腔能够用于单分子拉曼光谱检测装置，分子表面增强红外吸收光谱检测装置，光刻微加工中的纳米点光源，以及折射率传感器或者生物传感器。

主权项

一种能量聚焦的耦合光子‑等离激元微腔，其特征在于，所述耦合光子‑等离激元微腔包括：Bragg纳米微腔、耦合层和金属表面等离激元透镜；其中，Bragg纳米微腔由中心电介质圆柱和外围两种不同折射率的等高同心电介质圆环交替排列形成的Bragg层构成，两种电介质圆环的折射率以及环的宽度满足Bragg反射条件；金属表面等离激元透镜包括金属衬底以及在衬底上的中心金属圆柱和外围周期性排列的等高同心金属圆环；Bragg纳米微腔和金属表面等离激元透镜之间通过耦合层连接，并且填充表面等离激元透镜金属圆环之间的空隙；入射波为线偏振平面波，垂直入射至耦合光子‑等离激元微腔，入射波电场E0分解为方位角分量Eα和径向分量Er，入射波磁场H0分解为方位角分量Hα和径向分量Hr；入射波首先在Bragg纳米微腔作用下发生衍射，转换成面内波导模式，波导模式利用了入射波电场方位角分量Eα和磁场径向分量Hr，波导模式在两种电介质同心环的界面处发生反射，向Bragg纳米微腔的中心传播并聚焦；透过Bragg纳米微腔的入射波，在金属表面等离激元透镜的作用下，转换成表面等离激元SPP模式，SPP模式利用了入射波电场径向分量Er和磁场方位角分量Hα，SPP模式向金属表面等离激元透镜的中心传播并聚焦；在耦合层的作用下，波导模式和表面等离激元模式相互作用；通过调节耦合层的折射率和厚度，使得波导模式和表面等离激元模式耦合最强，最终形成了耦合光子‑等离激元模式，将能量聚焦在Bragg纳米微腔中心。