[發明專利]一種基于周期性亞波長孔陣列的表面等離子體光開關

在審

• 申請號: 201710497191.0
• 申請日: 2017-06-26
• 公開（公告）號: CN107121793A
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發明（設計）人: 王新林;盛佳兵;孫太明;鄧志象;陳志勇;朱衛華;郭瑋
• 申請（專利權）人: 南華大學
• 主分類號: G02F1/01
• 分類號: G02F1/01;G02F1/00;G02B5/00
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司43113
• 代理人: 郭立中

本發明提供一種基于周期性亞波長孔陣列的表面等離子體光開關，該光開關是由電介質基底和位于電介質基底上的金屬薄膜構成的微納結構，金屬薄膜的材料為可產生表面等離子體的金屬材料。金屬薄膜上設有多個相同的孔，各個孔周期性排列形成陣列。孔上設置有內尖端、外尖端，外尖端包括相對設置的第一外尖端、第二外尖端，內尖端包括相對設置的第一內尖端、第二內尖端，兩外尖端均為背向孔的中心方向延伸的尖端，兩內尖端均為朝向孔的中心方向延伸的尖端。本發明的器件僅由電介質基底和具有孔陣列的金屬薄膜組成，尺寸小，結構簡單；另外，只需改變入射光的偏振方向，便可控制近紅外光的開關，操作方便，無泵浦光對信號光及后續光路的干擾。

技術領域

本發明涉及微納光子器件領域，具體涉及一種基于周期性亞波長孔陣列的表面等離子體光開關。

背景技術

隨著社會進步，電子器件已經很難滿足人們對信息傳輸速度和存儲量的需求，于是部分研究者們將目光轉向了光子器件。由于存在衍射極限這一難題，使得光子器件無法小型化和集成化，極大限制了光子器件在信息領域的應用。表面等離子體(SurfacePlasmon,SP)具有亞波長、電場局域以及局域場增強等優良特性，為解決這一難題提供了一種有效的方法。利用SP，人們設計并實現了許多微納光子器件，其中表面等離子體光開關是通過控制外部因素改變開關中SP的激發或傳輸，進而調控光的有無強弱，從而實現對光的開關操作。相對于傳統的光開關，表面等離子體光開關可在小于衍射極限尺度內實現對光的控制，從而在納米尺度上實現光開關的集成。

近年來，隨著各種微納制備技術的日漸成熟，眾多表面等離子體光開關被先后實現。例如，Pala R A等人在電介質基底上的金屬薄膜表面添加光致變色分子層，并在金屬薄膜中設置了兩個光柵，利用泵浦光照射光致變色分子層，實現了一個表面等離子體激元波導光開關；Veronis G等人通過在波導中設置一個半導體增益介質矩形腔，實現了一個由外界泵浦光控制的金屬-空氣-金屬波導表面等離子體光開關。正如上述所列舉的現行的表面等離子體光開關都存在結構復雜，難以集成的問題，并且由于需要外界泵浦光控制，因而不可避免的存在泵浦光對信號光路及后續光路的干擾。

本申請的背景技術文件為：

(1)Pala R A,Shimizu K T,Melosh N A,et al.A nonvolatile plasmonicswitch employing photochromic molecules[J].Nano letters,2008,8(5):1506-1510；

(2)Veronis G,Yu Z F,Kocabas S E,et al.Metal-dielectric-metalplasmonic waveguide devices for manipulating light at the nanoscale[J].Chinese Optics Letters,2009,7(4):302-308。

發明內容

本發明需要解決的是現有表面等離子體光開關結構復雜和泵浦光干擾的問題，提供一種結構簡單且無泵浦光干擾的表面等離子體光開光。

本發明通過以下技術方案解決上述問題：一種基于周期性亞波長孔陣列的表面等離子體光開關，所述表面等離子體光開關為微納結構，所述表面等離子體光開關由電介質基底和位于電介質基底上的金屬薄膜構成，所述金屬薄膜的材料為可產生表面等離子體的金屬材料，其特征在于：所述金屬薄膜上設有多個相同的孔，各個所述孔周期性排列形成陣列，所述孔上設置有內尖端、外尖端，所述外尖端包括相對設置的第一外尖端、第二外尖端，所述第一外尖端、第二外尖端均為背向孔的中心方向延伸的尖端，所述內尖端包括相對設置的第一內尖端、第二內尖端，所述第一內尖端、第二內尖端均為朝向孔的中心方向延伸的尖端。