[發明專利]一種表面構建環形凹槽的場局域增強器件

在審

• 申請號: 201810151625.6
• 申請日: 2018-02-09
• 公開（公告）號: CN108227054A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 許吉;譚朝幻;時楠楠;劉山峰;陸云清;諶靜;劉寧
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學;南京郵電大學南通研究院有限公司
• 主分類號: G02B5/00
• 分類號: G02B5/00
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 姚姣陽

本發明揭示了一種表面構建環形凹槽的場局域增強器件，該場局域增強器件包括三層結構，即第一層結構、第二層結構和第三層結構，第一層結構、第二層結構和第三層結構由內向外逐層構成一同軸圓錐形結構，圓錐形結構包括兩部分，表面帶有環狀凹槽的上半部分和表面光滑的下半部分。上半部分位于圓錐形高度結構的1/2位置處，在圓錐形高度結構的1/2位置處沿第三層結構的外側斜面往上構建有深度為d，周期為L，占空比為1:1的周期性環形凹槽。此結構可應用于超高密度集成光路，對實現納米光子器件設計及其集成、新型光源、通信光纖的加工、微納傳感探測等領域具有十分重要的應用。

技術領域

本發明涉及一種表面構建環形凹槽的場局域增強器件，可用于納米光子器件設計及其集成、新型光源、通信光纖的加工、微納傳感探測等技術領域。

背景技術

現代信息技術對于器件微型化和高度集成化的要求，要求單元器件的尺寸越來越小，器件的空間距離也越來越小，均要突破光學衍射極限，基于傳統光學的基本原理和技術因受衍射極限的限制，在納米尺度層面和結構上就難以實現與此相關的信息的傳輸、處理和相關技術應用等，不能滿足科學技術發展的需要，因此迫切需要實現突破衍射極限的新機理和新技術。

柱矢量光束(CVBs)是一類偏振態在光束傳播方向橫截面上面呈柱對稱分布的特殊的矢量光束。研究發現，在高數值孔徑聚焦下，柱矢量光束具有與傳統的線偏振光和橢圓偏振光明顯不同的聚焦特性，在粒子操控、電子加速、高分辨率成像、等離子體聚焦等領域中有著廣闊的應用前景。例如在引導和捕捉粒子、粒子加速、提高顯微鏡的分辨率、金屬切割以及提高存儲密度等方面，隨著人們對柱矢量光束的不斷認識，它將在越來越多的方面得到應用。

表面等離激元(Surface Plasmon Polaritons)是指金屬表面上的自由振蕩電子與光子相互作用產生沿著金屬-介質表面傳播的橫磁偏振態的衰逝場。利用表面等離激元(SPP)可得到在納米尺度上電磁能量局域匯聚放大，其有限的空間尺度、場空間局域增強的特點，對在納米光子器件設計及其集成、制作微納尺度量級的光子器件有顯著的應用。

亞波長金屬微結構是激發和控制SPP的主要結構，當所使用的亞波長金屬微納米結構具有軸對稱性質時，用徑向偏振光源照明激發SPP時能量利用率更高、聚焦點更小并且可以自動滿足SPP激發所需的橫磁偏振條件。

2007年，Weibin Chen等人提出了一種介質-金屬雙層圓錐結構，一柱矢量光束從該結構底端入射，在結構尖端實現很好的場聚焦效果。隨后研究了該結構頂端電場增強與其圓錐半錐角和介質折射率之間的關系，發現圓錐半錐角和介質折射率對頂端電場的影響十分敏感且呈震蕩關系。

由于金屬等離激元本身的高損耗特性，導致上述雙層結構的尖端場局域增強效應效果不理想，受上述雙層圓錐形結構限制的困擾。

發明內容

本發明的目的就是為了解決現有技術中存在的上述問題，提出一種表面構建環形凹槽的場局域增強器件。

本發明的目的將通過以下技術方案得以實現：一種表面構建環形凹槽的場局域增強器件，該場局域增強器件包括三層結構，即第一層結構、第二層結構和第三層結構，所述第一層結構、第二層結構和第三層結構由內向外逐層構成一同軸圓錐形結構，所述圓錐形結構包括兩部分，表面帶有環狀凹槽的上半部分和表面光滑的下半部分。

優選地，所述上半部分位于圓錐形高度結構的1/2位置處，在圓錐形高度結構的1/2位置處沿第三層結構的外側斜面往上構建有深度為d，周期為L，占空比為1∶1的周期性環形凹槽。

優選地，所述環狀凹槽的個數為六個，所述環狀凹槽的截面為平行四邊形，周期L為波長的1/2。

優選地，每個所述環狀凹槽的深度d為30nm，周期L為300nm，

優選地，所述第一層結構為高折射率介質，所述高折射率介質為Si或GaN，其中Si的折射率為3.455。