[發明專利]一種增強納米狹縫透射效率的微納結構

無效

• 申請號: 201010174265.5
• 申請日: 2010-05-14
• 公開（公告）號: CN101858998A
• 公開（公告）日: 2010-10-13
• 發明（設計）人: 趙華君;袁代蓉
• 申請（專利權）人: 重慶文理學院
• 主分類號: G02B5/18
• 分類號: G02B5/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本專利涉及納米光刻、超高密度數據存儲、近場光學等領域，特別是一種1000納米波長的增強納米狹縫透射效率(注：狹縫透射效率η定義為透過狹縫的沿狹縫方向的總能量T與狹縫相同面積的入射光能量T₀之比，即η＝T/T₀)的微納結構裝置。

背景技術

目前，人類正處于信息時代，信息總量正在迅速增加，這對信息的存儲、信息的處理提出了更高的要求。面對如此巨大的信息量，要求存儲器件更小、存儲量更大、處理速度更快。增強納米狹縫透射效率的金屬微結構裝置是未來納米光刻、超高密度數據存儲、近場光學等技術領域的關鍵元件，該結構可以極大地提高入射光的透射效率，將在未來的信息技術革新中起到重要的作用。

在納米狹縫增透的應用中，通常要求透射效率高、結構簡單、易加工。普通的納米狹縫入射光很難透過狹縫傳輸，透射效率極低，無法滿足納米光刻、高密度數據存儲等的應用要求。1998年Ebbesen等人【在先技術1：Ebbesen?TW?et?al.，1998Nature?391667】通過實驗發現透過金屬膜表面的納米孔具有透射增強現象，2002年該小組【在先技術2：Lezec?HJ?et?al.，Science?2002?297?820】又發現透過金屬膜表面的納米狹縫同樣也存在透射增強現象。研究表明，金屬納米孔和納米狹縫的透射增強現象是由入射光光子與金屬表面的一種表面等離子體相互耦合，產生表面等離子體激元的混合激發態，并形成表面等離子體共振【在先技術1】及法-泊腔共振【在先技術3：Takakure?Y，2001Phys.Rev.Lett.865601】引起的。

利用TM偏振光入射到周期金屬結構表面激發表面等離子體，將入射光耦合到金屬周期結構與金屬膜之間的介質隔層中，并通過調節金屬膜厚度使狹縫滿足法-泊腔共振，可以極大地提高納米狹縫的透射效率。增強納米狹縫透射效率的金屬微結構是制作納米狹縫增透的理想裝置，具有重要的應用前景。隨著微加工技術的不斷進步，目前已可制作尺度小于50納米、加工精度小于±5納米的金屬微納結構。對金屬微納結構電磁特性的計算分析必須采用矢量電磁理論，矢量電磁理論是基于麥克斯韋方程在相應邊界條件下，通過計算機仿真進行精確地求解。Moharam等人已給出了基于矢量電磁理論的嚴格耦合波算法【在先技術4：Moharam?MGet?al.，1995?J.Opt.Soc.Am.A?12?1077】，可以解決這類金屬微納結構的電磁場問題。金屬微納結構是利用納米壓印、反應離子輔助刻蝕、物理濺射技術、聚焦離子束和電子束曝光等技術，在基底上加工出微納尺度的金屬微結構。Janssen?OTA等人已給出了單金屬的納米狹縫增透結構【在先技術5：Janssen?OTA?et?al.，Phys.Rev.Lett.200799043902】，但透射效率較低(η＝94)。Cui?YX等人【在先技術6：Cui?YX?et?al.，J.Opt.Soc.Am.B?2009262131】還給出了納米腔天線陣列的金屬納米狹縫增透結構，但沒有將金屬條周期與表面等離子體波長相匹配，狹縫不能達到最大的透射效率，且金屬條為懸空結構，加工難度大。據我們所知，目前沒有人針對1000納米波段給出金屬條周期與表面等離子體波長匹配的增強納米狹縫透射效率的金屬/介質多層復合結構。因此能夠實現易加工的、具有高透射效率的納米狹縫微納結構，具有重要的實用意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種新型的增強納米狹縫透射效率的微納結構裝置，該裝置可以增強TM偏振光在納米狹縫中的透射效率，在-0.6°＜θ＜0.6°的入射角及990＜λ＜1028納米的入射光波長范圍內，透射衍射率均高于150倍。本發明的增強納米狹縫透射效率的微納結構具有透射效率高、易加工的特點。

本發明的技術解決方案如下：

一種用于增強納米狹縫透射效率的微納結構，其特征在于該結構的金屬膜厚度為225-275納米、介質隔層厚度為130-240納米、金屬條周期為665-685納米。

所述的增強納米狹縫透射效率的微納結構的金屬膜厚度為250納米、狹縫寬為50納米、介質隔層厚度為190納米、狹縫正上端金屬條寬為550納米、金屬條周期為675納米、金屬條槽寬200納米、金屬條厚度為90納米，金屬條周期數N＝12。

本發明的依據如下：