[發明專利]一種多通道可調諧Tamm等離子體完美吸收器

有效

• 申請號: 201610028959.5
• 申請日: 2016-01-15
• 公開（公告）號: CN105576384B
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發明（設計）人: 陸云清;成心怡;許敏;許吉;王瑾
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H01Q17/00
• 分類號: H01Q17/00
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 高玲玲

本發明公開了一種多通道可調諧Tamm等離子體完美吸收器，包括：MIM波導和波導內的金屬?DBR?金屬插層?DBR?金屬結構，其中金屬?DBR?金屬插層?DBR?金屬結構兩側金屬厚度不同，以金屬插層為中心，其兩側DBR的周期數分別為N1和N2。本發明是一種新穎的多通道可調諧Tamm等離子體完美吸收器，TM偏振光由左側正入射，通過MIM結構，可以在波導內高效激發出Gap?SPPs，而處于波導內的金屬?DBR?金屬插層?DBR?金屬結構可以激發出多重光學Tamm態，并相互耦合形成多個劈裂的吸收峰，實現多通道的窄帶完美吸收。本發明的表面等離子體吸收器結構緊湊，易于加工和高質量制備，在危險物質檢測、高光譜多頻成像、相干熱輻射和隱身技術等領域有較好的應用前景。

技術領域

本發明涉及納米光子學領域，特別涉及的是一種多通道可調諧Tamm等離子體完美吸收器。

背景技術

表面等離子體激元(Surface Plasmon Polaritons,SPPs)是局域在金屬表面的一種電磁波模式，是基于入射電磁輻射與金屬表面傳導電子或金屬納米級顆粒的相互作用，激發并耦合電荷密度起伏的電磁振蕩，具有近場增強、表面受限、短波長等特性，由于其可以在亞波長尺度對電磁波進行約束和調制，故逐漸成為納米光子學這一熱門領域最有潛力的信息載體。基于SPPs的各種納米光子器件被認為是最有希望實現納米全光集成回路的基礎。

由于SPPs產生時，分布在金屬表面的自由電子發生集體震蕩，會使大量的光子能量轉化為自由電子的振蕩能量，從而形成對光的強烈吸收，表面等離子體光吸收器就是一種能夠對光頻電磁波進行有效吸收的亞波長納米光器件，相對于傳統的光學吸收器而言，不需要使材料的介電常數呈漸變分布，且尺寸小、易于集成、參數易設計、結構易制備，在抗電磁干擾、危險物質檢測、相干熱輻射和隱身技術等領域有著重要的應用。適當的設計表面等離子體光吸收器的結構，可以控制吸收器的效率，并調節吸收峰的帶寬和位置，近年來諸如表面等離子體光柵型吸收器、間隙等離子體與F-P共振混合吸收器、Tamm等離子體完美吸收器等各種等離子體吸收器結構被提出。

在表面等離子體窄帶吸收器領域，如何實現多通道可調諧窄帶完美吸收是等離子體吸收器設計面臨的關鍵問題。目前，對于微納結構下可調諧多通道完美吸收器的研究較少，大多數多通道吸收器仍停留在通過調整諧振結構的尺寸、形狀和組合方式來實現，不僅加工困難而且具有較大的尺寸，吸收率也不能近乎完美，其較大的帶寬和不可調諧的吸收峰位置嚴重限制了其應用范圍。2005年Vinogradov等人提出了另一種表面波—光學塔姆態(OTS)，與SPPs不同，OTS是由于Bragg反射而在界面上形成的、強度沿分界面向兩邊材料衰減的無損耗表面態，相比SPPs，衰減較小，表現出良好的光學特性。由于在光子晶體禁帶中的布洛赫波以倏逝波的形式存在，可視作磁單負材料，而金屬薄膜在此情形下的介電常數為負，電磁波被限制在金屬表面，可視作電單負材料，兩者都體現出高反的特性，當光子晶體和金屬間薄交界面的光場向兩邊的反射光束滿足相干相長的相位匹配條件時，實現了光場的共振增強。從而在光子晶體禁帶的中心頻率附近可以得到一個極窄的反射凹峰(dip)，可用于提 升吸收特性，實現窄帶寬、高吸收率的吸收器。如Yongkang G等人在近紅外波段提出的一種基于光學Tamm態的等離子體吸收器，通過在MIM波導內引入金屬—DBR結構，使得滿足金屬和缺陷層(DBR最后一層)界面兩側的阻抗差值為零的電磁波以TM偏振入射時，不僅在MIM波導中會形成間隙等離子體，還會在兩者界面處觀察到很強的電磁場局域，激發出光學Tamm態，將能量約束于波導結構中，實現吸收率高達0.991的強吸收。但是其只能實現單通道的吸收，無法應用于危險物質檢測、高光譜多頻成像等要求窄帶多通道吸收的領域。2014年，Yang C等人基于亞波長光柵結構首次提出了三通道窄帶吸收器，開辟了多通道完美吸收的道路，但吸收率不夠完美，且通道數不可調諧，也無法實現更多通道的需求。

發明內容