[發(fā)明專利]一種光波導激發(fā)納腔表面等離激元共振的方法

有效

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• 申請日: 2022-01-20
• 公開（公告）號: CN114486816B
• 公開（公告）日: 2023-10-13
• 發(fā)明（設計）人: 王攀;劉璐芳;仝遠彪;童利民;郭欣;鄭鈞升;潘陳馨鈺;李志勇
• 申請（專利權）人: 浙江大學嘉興研究院;浙江大學
• 主分類號: G01N21/552
• 分類號: G01N21/552
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發(fā)明公開了一種光波導激發(fā)納腔表面等離激元共振的方法。在光波導的端面、外表面等表面上布置有由金屬納米顆粒、介質層、金屬膜組成的納腔結構；將金屬膜先布置在光波導的表面上，金屬納米顆粒再通過介質層隔絕地布置在金屬膜外表面上。本發(fā)明通過從金屬膜下表面激發(fā)納腔從而實現(xiàn)納腔與光纖、集成光波導等光學系統(tǒng)的緊湊高效集成，不需要顯微鏡激發(fā)，易于集成、結構簡單、成本廉價，滿足納腔等離激元器件小型化和集成化發(fā)展的需求。

技術領域

本發(fā)明涉及屬于納米光子學、表面等離激元研究領域的一種納腔表面等離激元激發(fā)方法，特別涉及一種光波導激發(fā)納腔表面等離激元共振的方法。

背景技術

利用金屬納米結構支持的局域表面等離激元共振(localized surface plasmonresonance,LSPR)，即金屬納米結構中自由電子在外部光場作用下產生的集群振蕩，可以對光場實現(xiàn)亞波長尺度的局域和增強，顯著增強光與物質的相互作用，從而在光學傳感、非線性光學、納米激光器、微納光子器件等領域發(fā)揮著重要作用。但是，對于單個金屬納米顆粒，其光場局域能力通常大于10nm。為了實現(xiàn)更強的局域和增強，通常將金屬納米結構靠近以實現(xiàn)兩者的耦合，在納米尺度間隙內可以獲得高度局域且增強的光場。但是，受限于納米加工制備技術，利用自上而下方法(光刻并結合金屬沉積、聚焦離子束刻蝕等)制備的間隙等離激元納米結構(如領結型金屬納米結構)雖然可以實現(xiàn)結構的大規(guī)模制備，但其光場局域能力不小于5nm。利用溶液中誘導團聚產生的納米顆粒多聚體結構雖然可以實現(xiàn)納米甚至亞納米尺度的間隙,被用于增強拉曼散射、熒光和光學非線性效應等，但其制備可控性差、效率低，且難以將功能材料(如熒光分子、量子點、二維材料等)集成到納米間隙中去以實現(xiàn)功能器件。近年來，基于金屬納米顆粒-介質-金屬薄膜(nanoparticle-on-film,NPoF)結構的等離激元納腔(plasmonic nanocavity)受到了人們的廣泛關注。通過調節(jié)其介質間隙厚度，該結構可以輕松將光場局域到納米甚至亞納米尺度。同時，得益于成熟的金屬薄膜和平面介質制備技術，NPoF納腔結構容易制備，并且可以根據(jù)實際需求通過調節(jié)納米顆粒形貌和介質層厚度靈活調節(jié)等離激元納腔模式。因此，最近十年，基于這種靈活且多功能的NPoF納腔平臺產生了一系列突破性工作。

目前，幾乎所有的NPoF納腔都是基于厚度大于50nm的金屬膜(幾乎不透光)構建的。因此，通常需要從金屬納米顆粒一側來實現(xiàn)NPoF納腔的激發(fā)和相應光學信號的收集。為了實現(xiàn)對自由空間光束的轉向或聚焦，往往需要使用大體積的光學部件如反射鏡、透鏡、顯微物鏡等，這極大地限制了基于納腔的光子器件的小型化，也阻礙了納腔等離激元器件和其它微納光電子器件間的有效集成。因此，如何實現(xiàn)NPoF納腔緊湊且高效的激發(fā)，是目前本領域亟待解決的問題。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種光波導激發(fā)納腔表面等離激元共振的方法，本發(fā)明利用光學透明的金屬膜來構建NPoF納腔，并將其與光波導集成，利用在光波導中傳播的光從金屬膜下表面激發(fā)納腔，因此利用該方法可以實現(xiàn)NPoF納腔的緊湊、高效激發(fā)。

本發(fā)明解決上述技術問題采用的技術方案為：

一、一種用于光波導激發(fā)納腔表面等離激元共振的方法

在光波導的端面、外表面等表面上布置有由金屬納米顆粒、介質層、金屬膜組成的納腔結構；將金屬膜先布置在光波導的表面上，金屬納米顆粒再通過介質層隔絕地布置在金屬膜外表面上。

所述的光波導為光纖或者集成光波導。

所述的光波導為非微納光纖，非微納光纖包括光纖包層和光纖纖芯，設置納腔結構在非微納光纖的端面上，具體是將金屬膜布置在非微納光纖的端面上且完整覆蓋非微納光纖的光纖纖芯，金屬膜外表面布置一層介質層，介質層外表面固定上金屬納米顆粒。

所述的光波導為微納光纖，設置納腔結構在微納光纖的外周面上，具體是將金屬膜布置在微納光纖的外周面上，金屬膜外表面包覆一層介質層，介質層外表面固定上金屬納米顆粒。