[發明專利]一種電子注耦合激勵表面等離子體激元的方法

在審

• 申請號: 201710504943.1
• 申請日: 2017-06-28
• 公開（公告）號: CN107121716A
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發明（設計）人: 龔森
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G02B5/00
• 分類號: G02B5/00
• 代理公司: 成都正華專利代理事務所(普通合伙)51229
• 代理人: 李林合,李蕊

技術領域

本發明涉及輻射源技術領域，具體涉及一種電子注耦合激勵表面等離子體激元的方法。

背景技術

近年來，人們提出使用表面等離子體激元(Surface plasmon polaritons，縮寫為SPPs)聯合電子學與光子學產生輻射。基本過程在于通過平行運動電子注激勵金屬或石墨烯等承載SPPs的媒質，并通過切倫科夫輻射、Smith-Purcell輻射等將之轉換為頻率相干、可調輻射場。表面等離子體激元被認為是產生小型化、可集成、高功率密度、工作頻率范圍寬的新型輻射源的新方法。平行運動電子注對SPPs的激勵是其中關鍵技術之一。目前，平行運動電子注激勵SPPs是通過電子注在金屬等媒質表面運動以激勵SPPs，但存在以下不足：

運動電子注需非常靠近金屬等媒質表面，難以控制電子注位置，激勵SPPs的場幅值較低、激勵效率較低；并且，激勵的SPPs隨時間迅速衰減。

發明內容

為了解決現有技術存在的問題，本發明的目的是提供一種電子注耦合激勵表面等離子體激元的方法，以解決現有表面等離子體激元SPPs激勵場幅值較低、效率不高、隨時間迅速衰減的問題。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：

一種電子注耦合激勵表面等離子體激元的方法，用電子注激勵周期結構中的仿表面等離子體激元，以激勵出的仿表面等離子體激元作為激勵源去耦合激勵媒質元件中的表面等離子體激元，從而獲得表面等離子體激元；

其中，周期結構是由金、銀或無氧銅制成的，周期結構包括多個重復排列的單元，并且相鄰兩個單元之間具有縫隙；媒質元件是由金屬或石墨烯制成的薄膜。

本發明獲得表面等離子體激元SPPs的方式為：由電子注直接激勵媒質元件中的表面等離子體激元SPPs轉變為通過電子注激勵周期結構的仿表面等離子體激元SSPs，再以仿表面等離子體激元SSPs作為激勵源，激勵媒質元件，使得表面等離子體激元SPPs的激勵源由電子注投射場變為周期結構中的仿表面等離子體激元SSPs。而周期結構中的SSPs場相較于電子注投射場要大至少兩個以上的數量級，因此，由周期結構中的SSPs作為激勵源，能夠獲取更高的場幅值。同時，周期結構的SSPs是一個持續的輸入信號，而電子注投射場僅為一個脈沖函數，這使得耦合激勵時SSPs激勵源能在時間上持續不斷地耦合激勵SPPs，從而大幅提高SPPs衰減時間至300飛秒以上。

進一步地，在本發明較佳的實施例中，上述方法包括以下具體步驟：

用設置在周期結構一側的電子槍發射電子注，電子注在周期結構上平行運動以激勵出周期結構中的仿表面等離子體激元；以及

仿表面等離子體激元滲透穿過或傳播穿過周期結構的縫隙，耦合激勵設置在周期結構另一側的媒質元件中的表面等離子體激元。

進一步地，在本發明較佳的實施例中，上述周期結構與媒質元件間隔設置，周期結構與媒質元件之間的間隔距離等于仿表面等離子體激元的衰減深度與表面等離子體激元的衰減深度之和。

進一步地，在本發明較佳的實施例中，上述媒質元件設置于基底上。

進一步地，在本發明較佳的實施例中，上述周期結構為透射光柵、孔陣列結構或螺旋線結構。

本發明具有以下有益效果：

本發明采用電子注激勵周期結構中的仿表面等離子體激元(縮寫為SSPs)作為耦合激勵表面等離子體激元SPPs的激勵源，使激勵的SPPs場幅值較平行運動電子注直接激勵強兩個以上數量級，提高激勵效率；SSPs持續激勵SPPs，使SPPs的衰減時間大幅度延長，達300飛秒以上。

附圖說明

圖1為本發明的工作原理圖；

圖2(a)為實施例1的耦合激勵與電子注直接激勵的SPPs頻域的對比圖；

圖2(b)為實施例1的耦合激勵與電子注直接激勵的SPPs時域的對比圖；

圖3為實施例1的耦合激勵與電子注直接激勵的等效電流源對比圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發明，并非用于限定本發明的范圍。實施例中未注明具體條件者，按照常規條件或制造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未注明生產廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規產品。