[發明專利]表面等離子體納米環濾光器

無效

• 申請號: 201210452594.0
• 申請日: 2012-11-13
• 公開（公告）號: CN102981199A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 司光遠;姜瀟瀟;谷瓊嬋;呂江濤;馬振鶴;王鳳文
• 申請（專利權）人: 東北大學秦皇島分校
• 主分類號: G02B5/20
• 分類號: G02B5/20;B82Y20/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于一種光功能器件，特別是一種濾光器，具體是一種具有納米環結構的濾光器。

背景技術

自1998年法國科學家Ebbesen等人首次發現光在金屬亞波長結構中的異常傳輸現象(extraordinary?optical?transmission，EOT)[1]以來，有關表面等離子體的相關研究已經取得了廣泛的關注和長足的發展。運用表面等離子體原理所制備的器件具有分辨率高、易調制、性能卓越等優點，并且已經在光電、新能源(太陽能電池)、數據存儲、顯微成像等領域取得了廣泛的應用。其中，尤其以濾光器件的發展最為迅速，應用前景也最為廣闊。英國科學家Pendry分別于2000年和2006年提出了具有負折射率的超級透鏡[2]以及通過坐標變換方法[3]得到隱身條件的概念，使得科學界重新認識和審視超常介質的異常電磁特性和隱身效應及其相關應用。隨后，Ebbesen課題組于2008年再次提出運用周期結構的線性凹槽光柵對寬帶(broadband)白光源進行濾光[4]的方法，為濾光器件的發展開啟了新的紀元。Ebbesen等人設計的結構如圖1(a)中所示，用一束白光源照射到一個位于300納米厚的銀膜中寬度為170納米的縫隙的下表面，在上表面一端此縫隙的兩側分別刻蝕出深度不同的凹槽。納米縫隙兩側的凹槽可以起到天線的作用，收集透射過納米縫隙的光信號，而且透射過來的信號波峰的位置與天線凹槽的周期大小緊密相關。因此，通過使用不同周期的天線凹槽，可以精確控制透射過納米縫的光波長，進而達到分光的效果。隨后，在2010年，L.Jay?Guo課題組提出運用一維金屬-絕緣體-金屬(metal-insulator-metal，MIM)層堆結構[5]對寬帶的白光源進行分光，如圖1(b)中所示。一維的周期光柵結構對于白光源也具有波長選擇性，并且波峰的位置可以通過調制光柵的周期進行精密的控制。緊接著，同一課題組的科研人員又把類似的濾光器結構內嵌入有機太陽能電池[6]中，并且收到了非常好的能量捕獲效果。隨后，光子晶體濾光器[7]、硅納米線濾光器[8]和“十字形”濾光器[9]先后被報道，使得類似的器件得到了充分的研究并引起了科學界的廣泛重視。但是，不論是一維的凹槽天線/層堆線性光柵結構還是“十字形”結構，都對入射光源的偏振方向具有很強的選擇要求。因為一維的凹槽和層堆光柵本身都是非對稱的結構，所以只有當入射光磁場方向平行于凹槽或光柵(橫磁波，transverse-magnetic?wave)才具有分光效果。而在現實生活中，大部分光源都是非偏振的自然光(如太陽光)。因此，線性結構的偏振選擇性大大限制了此類濾光器件的適用范圍。此外，由于偏振敏感性會造成一部分光能量無法透過濾光器而是被反射或吸收，使得類似濾光器的透射效率很低，降低了儀器的使用性能。

發明內容

為解決線性光柵/凹槽類濾光器所存在的偏振敏感性問題，本發明提出一種表面等離子體納米環濾光器，該表面等離子體納米環濾光器運用高度對稱的圓環結構解決了天線凹槽和一維層堆光柵型濾光器都普遍存在的偏振敏感性問題，使得類似濾光器件的應用范圍更廣，更能適應非偏振的自然光。

本發明是通過以下技術方案來實現的：表面等離子體納米環濾光器，其特征是在于：設有基層材料，在基層材料上粘貼有貴金屬膜，所述貴金屬膜上設有用聚焦離子束刻蝕方法加工的圓環矩陣，所述圓環矩陣中的每個圓環的內徑和外徑可根據不同的單色光預先設定。

進一步的所述基層材料采用石英、玻璃中的一種。

進一步的所述貴金屬膜采用金屬金、銀、鉑中的一種制成。