[發明專利]基于周期性亞波長圓環孔陣列的表面等離子體濾光器

在審

• 申請號: 201910162119.1
• 申請日: 2019-03-05
• 公開（公告）號: CN109683219A
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發明（設計）人: 王新林;文奎;羅曉清;易建基;陳志勇;朱衛華
• 申請（專利權）人: 南華大學
• 主分類號: G02B5/00
• 分類號: G02B5/00;G02B5/20;G02B6/122;B82Y20/00
• 代理公司: 衡陽市科航專利事務所 43101
• 代理人: 鄒小強

基于周期性亞波長圓環孔陣列的表面等離子體濾光器，包括電介質基底和設于電介質基底上的產生表面等離子體的金屬薄膜。金屬薄膜上設有復數個透光單元，透光單元包括一個貫穿金屬薄膜厚度方向的圓孔和復數個寬度相等的與圓孔同心的圓環，復數個透光單元周期性陣列排列。通過調節所述金屬薄膜厚度、透光單元間隔長度、圓環的寬度以及復數個圓環之間的間距等，優化表面等離子體濾光器的參數以使其適用不同的應用環境。本發明結構簡單、制作工藝要求低、尺寸小便于集成；使用時無需外加磁場或電場，無泵浦光對信號光及后續光路的干擾；功耗低，且能同時獲得多種不同波段、不同性能參數的光譜，從而滿足不同環境下濾光器的使用要求。

技術領域

本發明涉及微納光子器件領域，特別是涉及一種基于周期性亞波長圓環孔陣列的表面等離子體濾光器。

背景技術

隨著社會的進步，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，人們逐漸將目光轉向了光子器件。而光子器件存在衍射極限的問題，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（Surface Plasmons, SPs）具有亞波長、電場局域以及局域場增強等優良特性。表面等離子體濾光器通過控制外部因素改變濾光器中SPs的激發或傳輸，進而調控光的傳輸，從而實現對光的濾光操作。相對于傳統的濾光器，表面等離子體濾光器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濾光器的集成。因而利用表面等離子體設計并實現微納光子器件可有效解決光子器件的衍射極限問題。例如在波導中設置一個雙核光子晶體光纖，在光纖外包層中填充不同介質，實現通過改變外界磁場控制的SPs微納濾光器；或設計由不同鋸齒狀波導組成濾光器，通過鋸齒狀波導將光耦合到不同路徑內。

然而現有表面等離子體濾光器都存在結構復雜、損耗過大以及難以集成的問題，且表面等離子體濾光器參數可調性差，無法進行多波段同時調節，不能很好的滿足多種器件的要求；另外由于需要外加磁場和電場等，不可避免的存在外加磁場和外加電場對信號光及后續光路的干擾。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的上述不足而提供一種基于周期性亞波長圓環孔陣列的表面等離子體濾光器，通過在金屬薄膜上周期性地設置亞波長圓環孔陣列，使得表面等離子體濾光器結構簡單操作方便，尺寸小便于集成以及無泵浦光對信號光及后續光路進行干擾。

本發明的技術方案是：基于周期性亞波長圓環孔陣列的表面等離子體濾光器，包括電介質基底和設于電介質基底上的產生表面等離子體的金屬薄膜，金屬薄膜上設有復數個透光單元，所述的透光單元包括一個貫穿金屬薄膜厚度方向的圓孔和多個與所述圓孔同心的圓環，所述的復數個透光單元周期性陣列排列。

本發明進一步的技術方案是：所述的電介質基底的電介質材料為石英或苯并環丁烯，所述電介質的厚度為175nm-225nm；所述的金屬薄膜的材料為銀或金，所述金屬薄膜的厚度為50nm-150nm。

本發明再進一步的技術方案是：所述透光單元數量不小于9，所述的復數個透光單元排列形成的陣列的形狀為正方形或長方形，復數個所述的透光單元的排列周期為500nm-700nm。

本發明更進一步的技術方案是：所述的圓孔半徑為0-100nm，所述的圓環的數量為三個以上；所述圓孔與其最接近的圓環之間的間距為0-100nm，復數個所述圓環之間的間距相等，所述圓環的寬度為20-55nm。

本發明與現有技術相比具有如下特點：

1、本發明的表面等離子體濾光器，僅包括電介質基底和具有周期性陣列排布的透光單元的金屬薄膜，結構簡單、制作工藝要求低、尺寸小便于集成；使用時無需外加磁場或電場，無泵浦光對信號光及后續光路的干擾。