[發(fā)明專利]基于周期性圓環(huán)-狹縫復(fù)合孔陣列的表面等離子體光開關(guān)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010217110.9
• 申請日: 2020-03-25
• 公開（公告）號: CN111290146A
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅曉清;易建基;徐曉峰;張景朝;陳志勇;朱衛(wèi)華;王新林
• 申請（專利權(quán)）人: 南華大學(xué)
• 主分類號: G02F1/01
• 分類號: G02F1/01;G02B5/00
• 代理公司: 衡陽市科航專利事務(wù)所 43101
• 代理人: 鄒小強(qiáng)

基于周期性圓環(huán)?狹縫復(fù)合孔陣列的表面等離子體光開關(guān)，由電介質(zhì)基底和金屬薄膜組成，金屬薄膜設(shè)于電介質(zhì)基底正上方，金屬薄膜上設(shè)有復(fù)數(shù)個周期性陣列排布的圓環(huán)?狹縫單元，圓環(huán)?狹縫單元包括貫穿金屬薄膜厚度方向的圓環(huán)和矩形狹縫，矩形狹縫位于圓環(huán)內(nèi)、垂直于陣列周期方向且矩形狹縫的中心與圓環(huán)的圓心重合。通過改變?nèi)肷涔獾钠穹较颉⒔饘俦∧ず穸?、圓環(huán)?狹縫單元間隔長度等參數(shù)優(yōu)化表面等離子體光開關(guān)的性能。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、制作工藝要求低、尺寸小便于集成；無泵浦光對信號光及后續(xù)光路的干擾，能夠有效控制可見光波段和近紅外波段的開關(guān)比，操作方便，表面等離子體光開關(guān)的功耗低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微納光子器件領(lǐng)域，特別是一種基于周期性圓環(huán)-狹縫復(fù)合孔陣列的表面等離子體光開關(guān)。

背景技術(shù)

隨著社會發(fā)展，電子器件已經(jīng)很難滿足人們對信息傳輸速度和存儲量的需求。由于表面等離子體（Surface Plasmons, SPs）具有亞波長、電場局域以及局域場增強(qiáng)的特優(yōu)良性，利用表面等離子體可以解決目前存在的衍射極限問題，使得光子器件能夠小型化和集成化，極大擴(kuò)展了光子器件在信息傳輸領(lǐng)域的應(yīng)用。且表面等離子體光開關(guān)是通過控制外部因素改變開關(guān)中SPs的激發(fā)或傳輸，進(jìn)而調(diào)控光的有無強(qiáng)弱，從而實(shí)現(xiàn)對光的開關(guān)操作，相對于傳統(tǒng)的光開關(guān)，表面等離子體光開關(guān)可在小于衍射極限尺度內(nèi)實(shí)現(xiàn)對光的控制，進(jìn)而在納米尺度上實(shí)現(xiàn)光開關(guān)的集成。

近年來，隨著各種微納制備技術(shù)的日漸成熟，眾多表面等離子體光開關(guān)被先后實(shí)現(xiàn)。例如，Pala R.A.等在電介質(zhì)基底上的金屬薄膜表面添加光致變色分子層，并在金屬薄膜中設(shè)置兩個光柵，利用泵浦光照射光致變色分子層實(shí)現(xiàn)表面等離子體激元波導(dǎo)光開關(guān)。Veronis G等通過在波導(dǎo)中設(shè)置半導(dǎo)體增益介質(zhì)矩形腔，實(shí)現(xiàn)由外界泵浦光控制金屬-空氣-金屬波導(dǎo)表面等離子體光開關(guān)。中國發(fā)明專利ZL201710497191.0公開了一種基于周期性亞波長孔陣列的表面等離子體光開關(guān)。然而上述現(xiàn)行的表面等離子體光開關(guān)存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜集成難度大，在納米尺度下的制作精度增加了制作難度；并且由于需要外界泵浦光控制存在泵浦光對信號光及后續(xù)光路的干擾；另外，表面等離子體光開關(guān)的開關(guān)比低，不超過10dB，使得表面等離子體光開關(guān)損耗較大，影響表面等離子體光開關(guān)的整體性能參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足而提供一種基于周期性圓環(huán)-狹縫復(fù)合孔陣列的表面等離子體光開關(guān)，該表面等離子體光開關(guān)結(jié)構(gòu)簡單、易于制作，無泵浦光干擾，并且具有較高的開關(guān)比，能夠應(yīng)用于可見光波段和近紅外波段的表面等離子體光開關(guān)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：基于周期性圓環(huán)-狹縫復(fù)合孔陣列的表面等離子體光開關(guān)，是由電介質(zhì)基底和金屬薄膜組成的微納結(jié)構(gòu)，金屬薄膜設(shè)置于電介質(zhì)基底的正上方，金屬薄膜上設(shè)有復(fù)數(shù)個圓環(huán)-狹縫單元，復(fù)數(shù)個圓環(huán)-狹縫單元周期性陣列排布于金屬薄膜上，圓環(huán)-狹縫單元包括一個貫穿金屬薄膜厚度方向的圓環(huán)和一個貫穿金屬薄膜厚度方向且垂直于橫向陣列周期方向的矩形狹縫，矩形狹縫位于圓環(huán)內(nèi)，矩形狹縫的中心與圓環(huán)的圓心重合。

本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案是：所述電介質(zhì)基底的電介質(zhì)材料為石英或苯并環(huán)丁烯，所述電介質(zhì)基底的厚度為150nm～250nm；所述金屬薄膜的材料為銀或金，所述金屬薄膜的厚度為50nm～100nm。

本發(fā)明再進(jìn)一步的技術(shù)方案是：所述圓環(huán)-狹縫單元的數(shù)量不小于9，復(fù)數(shù)個圓環(huán)-狹縫單元排列形成的陣列的形狀為正方形或長方形，復(fù)數(shù)個圓環(huán)-狹縫的排列周期為500nm～800nm。

本發(fā)明更進(jìn)一步的技術(shù)方案是：所述圓環(huán)的內(nèi)圓半徑為100～150nm，圓環(huán)的寬度為25～55nm；所述狹縫的長度為100～250nm，寬度為25～60nm；狹縫的長度小于圓環(huán)的內(nèi)圓直徑。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下特點(diǎn)：

1、本發(fā)明的表面等離子體光開關(guān)僅由電介質(zhì)基底和具有孔陣列的金屬薄膜組成，尺寸小，結(jié)構(gòu)簡單且易于制作。