[實用新型]基于雙盤納米天線表面等離激元增強透射的金屬復合微納結構

有效

• 申請號: 201720126110.1
• 申請日: 2017-02-13
• 公開（公告）號: CN206489286U
• 公開（公告）日: 2017-09-12
• 發明（設計）人: 張志東
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: G02B5/00
• 分類號: G02B5/00;B82Y40/00
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙)14100
• 代理人: 朱源

技術領域

本實用新型屬于光學領域和微納系統領域，具體為基于雙盤納米天線表面等離激元增強透射的金屬復合微納結構。

背景技術

表面等離激元（surface plasmon）是指在金屬和介質交界面處自由電子和光子相互作用而形成的一種電磁場表面倏逝波模式。金屬微納結構由于表面等離激元的激發，能夠將自由空間中的光有效耦合到高度受限的結構表面。這種激發能夠通過新方式操作光頻段內的電磁波，這些方式是傳統電介質結構無法實現的。隨著對表面等離激元納米光子學領域研究的不斷深入，其在電子學、光學、生物傳感等方面的應用越來越廣。近十多年來，基于表面等離激元的研究取得了重大進展，表面等離激元在等離子體紅外光源、光電探測、光學成像、生物傳感、光學數據存儲、等離子體激光器等諸多領域得到了廣泛應用。

1998年Ebbesen和他的同事在銀圓孔陣列薄膜上發現光學異常透射現象，基于表面等離激元實現的光學異常透射現象得到了人們的廣泛研究。利用金屬微納結構實現的光學異常透射，可為新型光學濾波器、透明電極、光耦合器和新型光源的設計提供一定的參考依據。

發明內容

本實用新型提出了一種基于雙盤納米天線表面等離激元增強透射的金屬復合微納結構，該金屬復合微納結構借助孔洞陣列結構光學異常透射效應和圓盤狀微納天線結構局域表面等離激元共振輻射增強效應級聯耦合來實現基于表面等離激元的金屬復合微納結構的透射增強。

本實用新型是采用如下的技術方案實現的：一種基于雙盤納米天線表面等離激元增強透射的金屬復合微納結構，包括底層電介質薄膜層、在底層電介質薄膜層上沉積的帶有孔洞陣列結構的金屬薄膜層、在孔洞中填充的電介質、金屬薄膜層上沉積的電介質層、在電介質上制備的頂層圓盤狀金屬陣列結構和底層電介質薄膜層上制備的底層圓盤狀金屬陣列結構，底層圓盤狀金屬陣列結構、底層電介質薄膜層、帶有孔洞陣列結構的金屬薄膜層、電介質層和頂層圓盤狀金屬陣列結構構成金屬復合微納結構。該結構將孔洞陣列結構的光學異常透射效應和圓盤狀金屬陣列結構天線局域表面等離激元共振級聯耦合，來實現透射的增強。在該結構中通過調整金屬圓盤陣列周期、形狀、金屬薄膜層厚度、入射光角度以及電介質等參數可以輕易實現金屬復合微納結構工作波段的調整和透射的增強。

本實用新型的基本工作原理是：入射光照射在頂層圓盤狀金屬陣列結構時，引起圓盤邊緣處自由電子的集體震蕩，當入射光的頻率和電子的振蕩頻率一致時在圓盤表面產生局域表面等離激元共振，激發的局域表面等離激元將入射光耦合到圓盤表面，此時的圓盤狀金屬陣列結構相當于接收天線。異常光透射現象的產生機制主要是：入射光通過金屬薄膜層孔洞時，產生的表面等離激元在孔洞陣列表面的局域共振增強其傳輸，從而使更多的能量能夠穿過孔洞陣列結構而實現透射增強。同時通過孔洞的表面等離激元作為激發源激發底層圓盤狀金屬陣列結構的表面等離激元共振，此時該圓盤狀金屬陣列結構作為發射天線將聚集的能量以輻射的形式發射出去。雙納米圓盤狀金屬陣列結構在這里扮演一個接收天線與一個發射天線。一方面通過納米圓盤狀金屬陣列結構接收、聚集自由光場而產生一個約束型、增強型場，此時，納米圓盤狀金屬陣列結構作為一個接收器。另一方面，納米圓盤狀金屬陣列結構也可以作為一種散射元件，散射近場能量的自由傳播場與非自由傳播場，此時圓盤狀金屬陣列結構作為一個發射器。該金屬復合微納結構結合了孔洞陣列結構光學異常透射效應和圓盤微納天線結構局域表面等離激元共振級聯來實現透射的增強。將該金屬復合微納結構應用于增強透射具有很好的創新性。

本實用新型提出了一種基于雙盤納米天線表面等離激元增強透射的金屬復合微納結構，該金屬復合微納結構借助孔洞陣列結構光學異常透射效應和圓盤狀微納天線結構局域表面等離激元共振輻射增強效應級聯耦合來實現透射的增強。該結構簡單，易于制作加工，其透射光譜可以通過孔洞陣列結構的周期、形狀、材料、金屬薄膜厚度、光的入射角度以及介質環境來調控。

附圖說明

圖1為單個金屬復合微納結構剖視圖。

圖2為本實用新型的結構示意圖。

圖中：1-頂層圓盤狀金屬陣列結構，2-電介質層，3-帶有孔洞陣列結構的金屬薄膜層，4-電介質，5-底層電介質薄膜層，6-底層圓盤狀金屬陣列結構,7-頂層圓盤狀金屬，8-底層圓盤狀金屬。

具體實施方式

一種基于雙盤納米天線表面等離激元增強透射的金屬復合微納結構，包括底層電介質薄膜層5、在底層電介質薄膜層5上沉積的帶有孔洞陣列結構的金屬薄膜層3、在孔洞中填充的電介質4、金屬薄膜層3上沉積的電介質層2、在電介質層2頂面上制備的頂層圓盤狀金屬陣列結構1和底層電介質薄膜層5底面上制備的底層圓盤狀金屬陣列結構6，孔洞陣列結構中的孔洞均為圓形通孔，底層圓盤狀金屬陣列結構6、底層電介質薄膜層5、帶有孔洞陣列結構的金屬薄膜層3、電介質層2和頂層圓盤狀金屬陣列結構1構成金屬復合微納結構。