[發明專利]一種磁場均勻增強的近場光學天線

有效

• 申請號: 201710036152.0
• 申請日: 2017-01-18
• 公開（公告）號: CN106646868B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 路海;李麗君;黃蒙;沈克勝;劉孝宇;張現周
• 申請（專利權）人: 河南師范大學
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00;H01Q1/36;B82Y40/00
• 代理公司: 新鄉市平原專利有限責任公司 41107
• 代理人: 于兆惠

本發明公開了一種磁場均勻增強的近場光學天線，屬于光電子及光通訊技術領域。本發明的技術方案要點為：一種磁場均勻增強的近場光學天線，包括介質層及設置于介質層上的金屬結構，金屬結構為回字型結構，該回字型結構包括間斷式矩形內腔和間斷式矩形外腔，其中間斷式矩形內腔與間斷式矩形外腔之間的間距為35nm，間斷式矩形內腔由四個第一L形納米金屬體和四個第一矩形納米金屬體組成，間斷式矩形外腔由四個第二L形納米金屬體和八個第二矩形納米金屬體組成。本發明設計思路簡單，集成性好，使用范圍廣，可根據不同材料的特性設計不同波段的近場光學天線，特別是用半導體材料設計光通訊波段的光電子器件具有更重要的實用價值。

技術領域

本發明屬于光電子及光通訊技術領域，具體涉及一種磁場均勻增強的近場光學天線。

背景技術

近年來，隨著傳統天線使用領域的局限，光學天線的研究成為了當今熱門方向，得到了廣泛的關注。人們開始設計和利用各種光學天線的模型結構來增強納米尺度光與物質的相互作用。光學天線的定義與微波天線相似，就是為局域能量和自由空間光輻射高效相互轉化的換能器件。但是光頻天線又與平常微波天線不同，光頻天線將尺度更小的熒光分子、量子點等有源介質當作了饋源。同等的，這些有源介質本身也具有能級結構。在光頻波段，我們通常將這些熒光分子均勻涂抹在相應的光學天線周圍。這樣他們與天線的相互作用是直接進行的，沒有中間媒介的介入。在這方面，傳統天線與光學天線有著很大的區別。除了金屬材料以外，制作光學天線也會使用到高折射率的介質。

光學天線與微波天線最大的區別在于在光頻段金屬材料的介電響應便不再是完美導體，而是具有一定趨膚深度的損耗介質。同時，在光頻段金屬表面存在表面等離子體波，因此光學天線的工作波長與傳統天線的工作波長不一樣。由于金屬本身是完美導體，傳統天線所支持的是一種TEM波，又因為電磁波無法穿透金屬，所以傳統天線的工作波長是與真空波長相等的。對于光學天線而言，電磁波是會部分進入金屬內部，所以其工作波長與真空情況是不一樣的。在光學天線尺度小于金屬的趨膚深度時，光學天線的工作波長也會得到大大的壓縮。但是這也提供了一種用來獲得突破衍射極限的極小光斑的方法。

光學天線與微波天線十分相似，單兩者在物理性質上有著重要的區別，主要在于金屬在光頻段時不再是理想導體，而是用自由電子氣描述的等離子體去代替。再者光學天線也不再是像經典天線那樣用電流驅動，而是用靠近天線的饋電點的局域場震蕩來激發共振。同時光學天線有著各種各樣的非經典的形狀（如納米棒，針尖，納米球等），因為表面等離子激元共振，光頻天線的性質還和材料，形狀等密切相關。

發明內容

本發明為解決目前近場光學天線電磁場的局域化增強問題而提供了一種磁場均勻增強的近場光學天線，通過適當改變光學天線元胞結構使環狀天線的內腔結構和外腔結構具有周期性的分段起伏，從而改變天線內部能流的運動規律，由原來的同相位運動轉變為反相位運動，使得磁場在矩形腔內呈現均勻的增強并且空間分布非常平坦。

本發明為解決上述技術問題采用如下技術方案，一種磁場均勻增強的近場光學天線，包括介質層及設置于介質層上的金屬結構，其特征在于：所述的金屬結構為回字型結構，該回字型結構包括間斷式矩形內腔和間斷式矩形外腔，其中間斷式矩形內腔與間斷式矩形外腔之間的間距為35nm，所述的間斷式矩形內腔由四個第一L形納米金屬體和四個第一矩形納米金屬體組成，其中四個第一L形納米金屬體構成間斷式矩形內腔的四個邊角，該四個第一L形納米金屬體的短邊水平相對且長邊豎直相對，四個第一矩形納米金屬體分別對應設置于第一L形納米金屬體相對的長邊及短邊之間，該第一矩形納米金屬體與兩側相鄰的第一L形納米金屬體之間的間距為25nm，所述的間斷式矩形外腔由四個第二L形納米金屬體和八個第二矩形納米金屬體組成，其中四個第二L形納米金屬體構成間斷式矩形外腔的四個邊角，該四個第二L形納米金屬體的短邊水平相對且長邊豎直相對，八個第二矩形納米金屬體分別對應設置于第二L形納米金屬體相對的長邊及短邊之間，該第二矩形納米金屬體與相鄰的第二L形納米金屬體之間的間距及相鄰的第二矩形納米金屬體之間的間距均為25nm。