[發明專利]一種基于表面等離極化激元與光學腔強耦合的波長選擇器

有效

• 申請號: 201810229079.3
• 申請日: 2018-03-20
• 公開（公告）號: CN108445570B
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發明（設計）人: 黃凱;王鶴;高娜;康俊勇
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: G02B5/28
• 分類號: G02B5/28;G02B5/00;C23C14/30;C23C14/35;C23C14/18;C23C14/08
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭;張迪

本發明提供了一種基于表面等離極化激元與光學腔強耦合的波長選擇器，包括：由下至上依次層疊設置的平面襯底、超薄下金屬反射鏡、金屬納米陣列嵌入式法布里?珀羅復合光學腔、以及超薄上金屬反射鏡；所述金屬納米陣列嵌入式法布里?珀羅復合光學腔的折射率大于所述平面襯底的折射率；所述金屬納米陣列嵌入式法布里?珀羅復合光學腔包括法布里?珀羅光學腔，以及嵌入腔中的金屬納米陣列；所述中的金屬納米陣列中的單顆粒呈周期性陣列排布。本發明提出一種基于表面等離極化激元與光學腔強耦合的波長選擇器，解決了當前表面等離極化激元波長選擇器件不易集成、單一波長選擇性的問題。

技術領域

本發明涉及光學技術領域，尤其涉及一種納米尺度的基于表面等離極化激元與光學腔強耦合的波長選擇器。

背景技術

當金屬表面結構呈曲面直徑小于亞波長的納米球體、柱體等結構時，表面等離極化激元(Surface plasmonpolariton,SPP)不能以電磁波的形式在金屬與介質界面傳輸，而只能被局域在這些金屬結構附近，形成局域化的SPP，稱之為LSP(Localized surfaceplasmon，LSP)。由于金屬納米結構的表面曲率半徑比一定粗糙度的金屬平面小得多，因此LSP可極大地增強金屬納米結構近場區域的電磁場。近年來，利用表面等離極化激元能量高度局域化、可突破光學衍射極限的特征，研究人員開發出諸多納米光子學器件，如表面等離極化激元波長選擇器、波導及濾波器等納米光子學器件，實現了在納米尺度范圍內對光子的進一步操控。

然而，當前制備的表面等離極化激元波長選擇器，其尺寸較大不易集成，而且僅具備針對單一特定波長的選擇特性，嚴重制約了波長選擇器的廣泛應用。如申請號為201310076320.0的中國專利公開了一種表面等離激元波長選擇器結構,該結構只在單一的特定波長下其反射光強度趨于零，也就是說，所利用的表面等離極化激元僅針對單個波長具有選擇特性。因此，若能基于新原理和新方法開發出具有多波長選擇特性的表面等離極化激元波長選擇器，將極大地拓展傳統表面等離極化激元波長選擇器的實際應用范圍，尤其是可將其與硅基光電探測器集成，使探測器獲得更多波段的信息以更有效地識辨目標，進一步提高光電探測的可靠性與準確性。

發明內容

本發明為了克服上述技術和原理存在的不足，提出一種基于表面等離極化激元與光學腔強耦合的波長選擇器，旨在解決當前表面等離極化激元波長選擇器件不易集成、單一波長選擇性的問題。

為了解決上述的技術問題，本發明提供了一種基于表面等離極化激元與光學腔強耦合的波長選擇器，包括：由下至上依次層疊設置的平面襯底、超薄下金屬反射鏡、金屬納米陣列嵌入式法布里-珀羅復合光學腔、以及超薄上金屬反射鏡；

所述金屬納米陣列嵌入式法布里-珀羅復合光學腔的折射率大于所述平面襯底的折射率；

所述金屬納米陣列嵌入式法布里-珀羅復合光學腔包括法布里-珀羅光學腔，以及嵌入腔中的金屬納米陣列；所述中的金屬納米陣列中的單顆粒呈周期性陣列排布；

在一較佳實施例中：所述超薄上金屬反射鏡和超薄下金屬反射鏡的厚度為 5nm。

在一較佳實施例中：所述金屬納米陣列的單顆粒的截面形狀為圓形或多邊形結構。

在一較佳實施例中：所述法布里-珀羅光學腔中的金屬納米陣列的材料由金、銀、鋁、銠中的一種構成，或者由兩種構成核殼結構。

在一較佳實施例中：所述法布里-珀羅光學腔的厚度滿足所述金屬納米陣列完全嵌入其中。

在一較佳實施例中：所述超薄上金屬反射鏡、超薄下金屬反射鏡的材質為金、銀、鋁、銠中的一種。

本發明還提供了上述的波長選擇器的制作方法，包括如下步驟：

(1)運用真空電子束蒸發技術，在二氧化硅平面襯底上通過高能電子束轟擊鋁靶源，形成5nm厚的金屬鋁層，所述金屬鋁層構成超薄下金屬反射鏡；