[發明專利]一種橫向MIMI格點陣等離激元共振吸收器

有效

• 申請號: 202010416220.8
• 申請日: 2020-05-17
• 公開（公告）號: CN111580197B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 肖功利;楊文琛;薛淑文;楊宏艷;楊寓婷;張開富;李海鷗
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G02B5/00
• 分類號: G02B5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種橫向MIMI格點陣等離激元吸收器。由折射率為1.52的介質基底和以MIMI結構基本單元進行周期性排列形成的橫向MIMI格點陣列構成，MIMI結構基本單元是由兩列銀長方體塊和兩列二氧化硅長方體塊交替堆積形成，每列長方體塊的長度和高度完全相同，垂直豎立在介質基底的上表面。整個結構放置在均勻的介質環境中，入射平面光波的入射方向即波矢k與介質基底的上表面垂直，入射光的電場方向平行于銀長方體塊和二氧化硅長方體塊的長，入射光的磁場方向平行于銀長方體塊和二氧化硅長方體塊的寬。通過兩種不同的共振形式在吸收光譜上產生兩個窄的共振吸收峰，且對介質環境折射率的變化具有很高的靈敏度，在生物化學物質檢測領域具有很高的應用價值。

(一)技術領域

本發明屬于微納光學技術領域，具體是由兩列銀納米長方體塊和兩列二氧化硅納米長方體塊交替堆積形成的一種以橫向MIMI為基本結構單元的格點陣等離激元共振吸收器。

(二)背景技術

伴隨著微納光學和微電子加工工藝的不斷發展與進步，表面等離激元已經引起了越來越多研究人員的注意，它一般被描述為金屬表面自由電子集體振蕩形成的強烈束縛于金屬表面并在其上傳播的表面波，產生于金屬—介質界面，其光場強度在界面處最大，沿垂直于界面的方向以指數形式衰減。這一現象能夠克服傳統光學受制于光的衍射極限所遇到的瓶頸，因為它可以把光控制在一個極小的納米尺寸范圍內，這在集成光子器件，全光通信，生物傳感，生物醫學，新能源等領域的發展發揮至關重要的作用。隨著各種微納米加工及結構表征技術的不斷發展和成熟，研究人員除了通過在理論計算和數值仿真上設計出許多基于表面等離激元的高性能光電器件，也可以在實驗上輕易制備和表征各種復雜的金屬納米結構。通過研究各種金屬結構中表面等離激元的性質來揭示其基本原理，同時不斷發現新的應用領域，已成為表面等離激元學發展的趨勢。

近十年以來的不斷研究已經出現了各種各樣的表面等離激元激發形式，尤其是依托于等離激元學中的等離激元格點共振(SLRs)技術，因為在SLRs中一個納米顆粒相關的電磁場特性可以起到影響相鄰納米顆粒響應的作用，可以顯著改善局域等離激元共振的品質因數和光譜特性。人們利用它對介質環境的敏感性和局域場的增強性已經制造出各種高靈敏、小型化、反應迅速的生化傳感器，已經被廣泛應用在生物樣品和化學物質檢測領域。

近年來，許多基于等離激元格點共振的吸收器被提出并加以研究，而本發明專利提出了一種橫向MIMI格點陣等離激元共振吸收器，本橫向MIMI格點陣等離激元共振吸收器與其它基于等離激元的吸收器相比有非常高的品質因數和吸收系數，更重要的是它在正入射的平面光波下通過SLRs中兩種不同的共振激發形式OLP和ILP在吸收光譜上產生兩個吸收峰，通過改變基本結構單元的幾何參數能夠很好地實現靜態調諧，而且對介質環境具有很高的靈敏性，在生化傳感領域具有很高的應用價值。

(三)發明內容

本發明的目的是設計一種橫向MIMI格點陣等離激元共振吸收器，在原有的結構基礎上進一步研究其幾何參數和介質環境對其共振吸收峰的影響，不斷尋找和探索其在傳感和通信等領域的應用價值。通過改變銀納米長方體塊和二氧化硅長方體塊的高度、長度、寬度等尺寸和所處的介質環境折射率等參數，可以發現此結構能夠有效地調節本橫向MIMI格點陣等離激元共振吸收器的吸收系數、品質因數、共振波長等性能。

本發明設計的一種橫向MIMI格點陣等離激元共振吸收器，主要由介質基底和具有周期性排列的MIMI長方體塊構成，MIMI長方體塊由兩個銀長方體塊和兩個二氧化硅長方體塊交替橫向堆砌為一組構成一個MIMI基本單元，每列長方體塊的長度和高度完全相同，垂直豎立在介質基底的上表面，每個MIMI基本單元在介質基底上表面沿水平相互垂直的X軸和Y軸成相同的周期排列分布構成一種橫向MIMI格點陣列，整個結構放置在一個均勻的介質環境中，入射光為平面波，光源在整個結構的正上方且入射方向即波矢k與介質基底上表面垂直，入射光的電場方向平行于銀長方體塊和二氧化硅長方體塊的長。透射光從MIMI格點陣列下方射出，反射光從MIMI格點陣列上方射出。