一种光隔离器的制作方法

本发明涉及微纳光学器件，尤其涉及一种基于表面等离子体的光隔离器。

背景技术：

现代社会中，信息技术越来越凸显出其重要性，现代信息技术已经渗透到了各行各业。现代信息技术的发展对于器件微型化和高度集成化提出了更高的要求，为了满足现代信息技术的发展，将来的器件的尺寸和空间距离都要越来越小，但是小到一定程度，光衍射极限又是我们不得不面对的一个难题。

近几十年来，随着微加工技术和集成光学的不断发展，光子器件不断小型化，和电子器件相比，光子器件具有更高的带宽、更高的密度、更快的速度和更低的耗散等优势，这些优势预示着全光集成时代的美好前景。但是光子器件要受到衍射极限的约束，尺寸不能做的太小(微米量级)，无法满足全光集成的要求。

从传统光学的基本原理和技术出发，衍射极限成了一个难以逾越的鸿沟，在纳米量级层面和结构上就很难实现与此相关的信息的传输，处理以及相关技术的应用等，这就不能满足现代科学技术发展的需要，因此我们迫切需要一种全新的技术和机理来实现突破衍射极限，同时纳米尺度的器件，表现出了很多传统器件所不具有的新功能、新现象。

技术实现要素：

本发明的目的就在于提供一种光隔离器，能够实现纳米尺度的光的单向导通。

本发明所提供的技术方案如下：

一种光隔离器，用于对预设波长的光进行单向透光；所述光隔离器包括金属薄膜，所述金属薄膜包括相对的第一表面和第二表面，在所述金属薄膜上设置有至少一个狭缝和至少一个第一凹槽，所述第一凹槽设置在所述第一表面上，且所述第一凹槽和至少一个狭缝之间具有第一预设距离，其中当所述预设波长的光从所述第一表面入射时，所述第一凹槽激发的表面等离子体和与其具有所述第一预设距离的狭缝激发的表面等离子体能够发生干涉，以削弱由所述狭缝透射的光。

进一步的，所述预设波长为400nm，所述金属薄膜上设置有一个狭缝和一个第一凹槽，其中，所述金属薄膜的厚度为200nm，所述狭缝的宽度为100nm，所述第一凹槽的宽度为180nm，深度为65nm，所述第一预设距离为180nm。

进一步的，在所述金属薄膜上周期性地设置有多个狭缝，在所述第一表面上设置有多个第一凹槽，每一所述第一凹槽和至少一个狭缝之间具有第一预设距离；

相邻两个狭缝之间设置有两个第一凹槽，且两个第一凹槽中的一个第一凹槽到所述相邻两个狭缝中的一个狭缝之间的距离为所述第一预设距离，另一个第一凹槽到所述相邻两个狭缝中的另一个狭缝之间的距离为所述第一预设距离。

进一步的，所述预设波长的取值范围为300～500nm；

所述金属薄膜的厚度为170～190nm；

所述狭缝的宽度为90～110nm；

所述第一凹槽的宽度为175～195nm，深度为50～70nm；

所述第一预设距离为170～190nm；

相邻两个狭缝的中心线之间的距离为1015～1035nm。

进一步的，所述预设波长为400nm；所述金属薄膜的厚度为180nm；

所述狭缝的宽度为100nm；

所述第一凹槽的宽度为185nm，深度为60nm；

所述第一预设距离为180nm；相邻两个狭缝的中心线之间的距离为1025nm。

进一步的，在所述第二表面上设置有至少一个第二凹槽，所述第二凹槽和至少一个狭缝之间具有第二预设距离，其中当所述预设波长的光从所述第二表面入射时，所述第二凹槽激发的表面等离子体和与其具有所述第二预设距离的狭缝激发的表面等离子体能够发生共振，以增强由所述狭缝透射的光。

进一步的，所述预设波长为400nm，所述金属薄膜上设置有一个狭缝和一个第二凹槽，其中，所述金属薄膜的厚度为200nm，所述狭缝的宽度为100nm，所述第二凹槽的宽度为135nm，深度为35nm，所述第二预设距离为390nm。

进一步的，在所述第二表面上设置有多个第二凹槽和多个狭缝，每一所述第二凹槽和至少一个狭缝之间具有第二预设距离；相邻两个狭缝之间设置有一个所述第二凹槽，且所述第二凹槽和所述相邻的两个狭缝之中的至少一个狭缝之间的距离为所述第二预设距离；

所述第二凹槽和所述相邻两个狭缝之间的距离均为所述第二预设距离。

进一步的，所述预设波长的取值范围为300～500nm；

所述金属薄膜的厚度为170～190nm；

所述狭缝的宽度为90～110nm；

所述第二凹槽的宽度为175～195nm，深度为35～45nm；

所述第二预设距离为360～380nm；

相邻两个狭缝的中心线之间的距离为1015～1035nm。

进一步的，所述预设波长为400nm，所述金属薄膜的厚度为180nm；

所述狭缝的宽度为100nm；

所述第一凹槽的宽度为185nm，深度为40nm；

所述第二预设距离为370nm；

相邻两个狭缝的中心线之间的距离为1025nm。

本发明所带来的有益效果如下：

本发明所提供的光隔离器，通过在金属薄膜上设置狭缝和凹槽，基于表面等离子体和光子的相互作用，通过对金属薄膜上的狭缝和凹槽进行优化设计，能突破衍射极限的限制，实现在纳米尺度对预设波长的光进行单向导通。

附图说明

图1表示本发明提供的光隔离器的第一种实施例的结构示意图；

图2表示第一种实施例中的光隔离器在第一凹槽深度h为50nm，宽度w为100nm，光从第一表面照射时，狭缝的能量透过曲线图；

图3表示第一种实施例中的光隔离器在第一凹槽深度h为50nm，宽度w为100nm，第一凹槽与狭缝之间的距离d为180nm时，光从第一表面照射时的平均磁场分布图；

图4表示第一种实施例中的光隔离器在第一凹槽与狭缝之间的距离d为180nm，第一凹槽的深度h为50nm，光从第一表面照射时，狭缝的能量透过曲线图；

图5表示第一种实施例中的光隔离器在第一凹槽与狭缝之间的距离d为180nm，第一凹槽的深度h为50nm，第一凹槽的宽度w为180nm，光从第一表面照射时，光从第一表面照射时的平均磁场分布图；

图6表示第一种实施例中的光隔离器在第一凹槽与狭缝之间的距离d为180nm、第一凹槽的宽度w为180nm时，光从第一表面照射时，狭缝的能量透过曲线图；

图7表示第一种实施例中的光隔离器在第一凹槽与狭缝之间的距离d为180nm、第一凹槽的宽度w为180nm，第一凹槽300的深度h为65nm时，光从第一表面照射时的平均磁场分布图；

图8表示第一种实施例中的光隔离器在第二凹槽的深度h’为50nm，宽度w’为100nm时，光从第二表面照射时，狭缝的能量透过曲线图；

图9表示第一种实施例中的光隔离器在第二凹槽的深度h’为50nm，宽度w’为100nm，光从第二表面照射时，距离狭缝300nm处波印亭矢量分布图；

图10第一种实施例中的光隔离器第二凹槽400与狭缝200之间的距离d’为390nm，第二凹槽400的深度h’为50nm时，光从第二表面照射时，狭缝的能量透过曲线图；

图11表示第一种实施例中的光隔离器第二凹槽400与狭缝200之间的距离d’为390nm，第二凹槽400的深度h’为50nm时，光从第二表面照射时，距离狭缝300nm处波印亭矢量分布图；

图12表示第一种实施例中的光隔离器第二凹槽与狭缝之间的距离d’为390nm，第二凹槽的宽度w’为135nm时，光从第二表面照射时，狭缝的能量透过曲线图；

图13表示第一种实施例中的光隔离器第二凹槽与狭缝之间的距离d’为390nm，第二凹槽的宽度w’为135nm时，光从第二表面照射时，距离狭缝300nm处波印亭矢量分布图；

图14表示本发明第二种实施例中所提供的光隔离器的结构示意图；

图15表示第二种实施例中所提供的光隔离器在光正向照射光隔离器时的近场磁场分布图；

图16表示第二种实施例中所提供的光隔离器在光反向向照射光隔离器时的近场磁场分布图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

针对现有技术中纳米尺度的光子器件存在衍射极限的限制的问题，本发明提供了一种光隔离器，其可以基于表面等离子体和光子的相互作用，通过对金属薄膜上的狭缝和凹槽进行优化设计，能够突破衍射极限的限制，实现在纳米尺度对预设波长的光进行单向导通。

如图1和图14所示，在本发明提供的一种光隔离器，能够对预设波长的光进行单向透光。所述光隔离器包括金属薄膜100，所述金属薄膜100包括相对的第一表面和第二表面，在所述金属薄膜100上设置有至少一个狭缝200和至少一个第一凹槽300，所述第一凹槽300设置在所述第一表面上，且所述第一凹槽300和至少一个狭缝200之间具有第一预设距离，其中当所述预设波长的光从所述第一表面入射时，所述第一凹槽300激发的表面等离子体和与其具有所述第一预设距离的狭缝200激发的表面等离子体能够发生干涉，以削弱由所述狭缝200透射的光。

本发明所提供的光隔离器，通过在金属薄膜100上设置狭缝200和凹槽，基于表面等离子体和光子的相互作用，通过对金属薄膜100上的狭缝200和凹槽进行优化设计，能突破衍射极限的限制，实现在纳米尺度对预设波长的光进行单向导通。

在对本发明进行说明之前，首先对表面等离子相关知识进行下说明。

利用表面等离子体(surface plasmons，SPs)和光子的相互作用可实现纳米尺度的光传输与光控制。等离子体激元和光子耦合的表面等离子体激元被限制在金属—介质界面中。大部分等离子作用是由于电磁波与金属表面的自由电子耦合的表面等离子激元引起的。当表面等离子激元沿着金属表面传播的时候，只有在端口处才会出现电磁场，并且向两侧以指数衰减。因为他们能打破衍射极限，并在亚波长尺度处操纵光，表面等离子激元被认为是有希望用于构成下一代超紧凑的集成光子电路。因此等离子波导结构的研究引起了广泛的关注。

图1所示为本发明所提供的第一种实施例中具有单狭缝-单凹槽结构的光隔离器的结构示意图。如图1所示，在本发明所提供的第一种实施例中，该光隔离器是在金属薄膜100上开设一个纳米尺寸的狭缝200，在与狭缝200的附近金属薄膜100的第一表面上开设一个第一凹槽300，第一凹槽300与狭缝200之间的距离为第一预设距离。

在本实施例中，优选的，金属薄膜100采用金属银(Ag)薄膜，金属银薄膜的厚度为200nm，狭缝200宽度为100nm，为了研究第一凹槽300对狭缝200透光的影响，通过改变第一凹槽300的结构参数，例如：第一凹槽300的宽度w、第一凹槽300的深度h以及第一凹槽300的边缘距离狭缝200的边缘之间的第一预设距离d等，来模拟测试不同第一凹槽300结构参数下狭缝200的透光情况。

SPs理论模型认为，通过狭缝200的远场透射主要来自两个方面：一是光直接通过狭缝的透射部分；二是来自凹槽激发的SPs耦合进狭缝从而对狭缝出射光产生影响，其透射系数为：

t＝t₀+αβW+α²Wr_mV²[(t₀+αβW)/(1-r_mr₀V²)](3-1-1)

其中，t为透射系数，t₀表示光直接透过狭缝200的部分，α、β、r_m、r₀为耦合系数，V＝exp(ik_neffh),W＝exp(ik_sppd)为位相因子，为SPs波矢，h为凹槽深度，d为凹槽与狭缝之间的距离。

为了研究本发明第一种实施例中的第一凹槽300对单狭缝200的削弱透射的作用，用二维时域有限差分法(FDTD，Finite-Difference Time-Domain)对此单狭缝-凹槽结构的光隔离器模型进行了数值分析，其中，选用入射波长为400nm的TM模式的单色光，金属薄膜100选用了洛伦兹—杜鲁德色散模型，边界条件为完全匹配层。针对不同的参数，第一凹槽300的宽度w、深度h以及第一凹槽300的边缘到狭缝200的边缘的距离d等逐一进行分析对比。

由于金属表面激发的SPs波长小于入射波长，当光照射在第一凹槽300上时，会激发出复合衰逝波(CDEW)和SPs，若第一凹槽300激发的SPs表面波能与狭缝200激发的SPs表面波正好干涉相消，则第一凹槽300会对狭缝200的透射光起到削弱的作用。

为了研究第一凹槽300的不同参数对光的削弱作用，首先，选用的初步模型为第一凹槽300边缘到狭缝200边缘的距离d＝160nm，第一凹槽300深度h＝50nm，第一凹槽300宽度w＝100nm；然后固定h、w，通过改变d的大小来研究d对狭缝200透射光的影响，得到随d的改变第一凹槽300对狭缝200透过作用的影响，得出最优的d后，再固定d、h，然后不断优化w，得到w与狭缝200透过光的关系曲线，从而得到优化的w，最后，固定d、w，然后再不断改变h的值，从而得到h对狭缝200透光的影响曲线。

基于上述方法，用时域有限差分法(FDTD，Finite-Difference Time-Domain)对此单狭缝-凹槽结构的光隔离器模型进行了数值分析，并观察记录了距离狭缝300nm处的波印亭矢量，将得到的各点波印亭矢量值在整个观察线上积分得到透射光能量，根据得出透射光总能量做出曲线图。

图2表示第一种实施例中的单狭缝-凹槽结构的光隔离器在第一凹槽300深度h为50nm，宽度w为100nm，光从第一表面照射时狭缝的能量透过曲线图，其中横坐标为第一凹槽与狭缝之间的距离值，纵坐标为设置第一凹槽时狭缝的透光能量与未设置第一凹槽时狭缝的透光能量比值；图3表示第一凹槽300与狭缝200之间的距离d为180nm时的平均磁场分布图。从图2和图3中可以看出，当第一凹槽300深度h为50nm，宽度为w为100nm，第一凹槽300到狭缝200间的距离d为60nm<d<180nm时，随第一凹槽300到狭缝200间的距离d的增大，狭缝200透射光能量逐渐减小，第一凹槽300到狭缝200之间的距离d为180nm时，狭缝200透射光能量达到最小，而后随第一凹槽300到狭缝200间的距离d(d<300nm)的增大，狭缝透射光能量逐渐增大；

图4表示第一种实施例中的单狭缝-凹槽结构的光隔离器在第一凹槽与狭缝之间的距离d为180nm，第一凹槽的深度h为50nm，光从第一表面照射时狭缝的能量透过曲线图，其中横坐标为第一凹槽的宽度值，纵坐标为设置第一凹槽时狭缝的透光能量与未设置第一凹槽时狭缝的透光能量比值；图5表示第一凹槽300的宽度w为180nm时的平均磁场分布图。从图4和图5中可以看出，当第一凹槽300与狭缝200之间的距离d为180nm，第一凹槽300的深度h为50nm时，随第一凹槽300宽度w的增大(100nm<w<180nm)，透射光能量逐渐减小，当第一凹槽300的宽度w为180nm时，狭缝200的透射光能量达到最小，而后随第一凹槽300宽度w增大，透射光能量又开始增大；

图6表示本发明第一种实施例中提供的单狭缝-凹槽结构的光隔离器在第一凹槽与狭缝之间的距离d为180nm、第一凹槽的宽度w为180nm时，光从第一表面照射时狭缝的能量透过曲线图，其中横坐标为第一凹槽的宽度值，纵坐标为设置第一凹槽时狭缝的透光能量与未设置第一凹槽时狭缝的透光能量比值；图7表示第一凹槽300的深度h为65nm时的平均磁场分布图。从图6和图7中可以看出，当第一凹槽300与狭缝200之间的距离d为180nm、第一凹槽300的宽度w为180nm时，随第一凹槽300深度h的增大(20nm<h<65nm)，狭缝200的透射光能量逐渐降低，当第一凹槽300深度h为65nm时透射光能量达到最低，而后，随第一凹槽300深度h增大，狭缝200透射光能量又开始增大。

由此可见，通过对第一凹槽300的结构参数d、w、h的不断调整，通过改变第一凹槽300参数，可以改变狭缝200中光的透过率，实现对狭缝200透光的削弱，其中当第一凹槽300与狭缝200之间的距离d(即第一预设距离)为180nm，第一凹槽300的宽度w为180nm，第一凹槽300的深度h为65nm时，第一凹槽300对狭缝200透光的削弱作用达到最佳。

由此可见，本发明的第一种实施例中所提供的光隔离器，所述金属薄膜100上设置有一个狭缝200和一个第一凹槽300，其中，所述金属薄膜100的厚度为200nm，所述狭缝200的宽度为100nm，所述第一凹槽300的宽度为180nm，深度为65nm，所述第一预设距离为180nm，可以对波长为400nm的光实现单向导通，当波长为400nm的光从金属薄膜100的第一表面入射时，可以削弱狭缝200的透光作用，而实现光隔离。

此外，在本发明所提供的第一种实施例中，优选的，如图1所示，在所述第二表面上设置有至少一个第二凹槽400，所述第二凹槽400和至少一个狭缝200之间具有第二预设距离，其中当所述预设波长的光从所述第二表面入射时，所述第二凹槽400激发的表面等离子体和与其具有所述第二预设距离的狭缝200激发的表面等离子体能够发生共振，以增强由所述狭缝200透射的光。

采用上述方案，通过在金属薄膜100的第二表面上设置第二凹槽400，可以增强所述狭缝200透射的光。

在一具体实施例中，该单狭缝-凹槽结构的光隔离器中，金属薄膜100采用金属银(Ag)薄膜，金属银薄膜的厚度为200nm，狭缝200宽度为100nm，为了研究第二凹槽400对狭缝200透光的影响，在金属薄膜100的第二表面挖一个第二凹槽400，通过改变第二凹槽400的结构参数，例如：第二凹槽400的宽度w’、第二凹槽400的深度h’及第二凹槽400距离狭缝200的距离d’等，来模拟测试不同第二凹槽400结构参数下狭缝200的透光情况。

为了研究第二凹槽400的不同参数对光的削弱作用，首先，选用的初步模型为第二凹槽400边缘到狭缝200边缘的距离d’＝300nm，第二凹槽400深度h’＝50nm，第二凹槽400宽度w’＝100nm；然后，固定h’、w’，通过改变d’的大小来研究d’对狭缝200透射光的影响，得到随d’的改变第二凹槽400对狭缝200透过作用的影响，得出最优的d’后，再固定d’、h’，然后不断优化w’，得到w’与狭缝200透过光的关系曲线，从而得到优化的w’，最后，固定d’、w’，然后再不断改变h’的值，从而得到h’对狭缝200透光的影响曲线。

基于上述方法，用时域有限差分法(FDTD，Finite-Difference Time-Domain)对此模型进行了数值分析，并观察记录了距离狭缝300nm处的波印亭矢量，将得到的各点波印亭矢量值在整个观察线上积分得到透射光能量，根据得出透射光总能量做出曲线图。

图8表示第一种实施例中的光隔离器在第二凹槽的深度h’为50nm，宽度w’为100nm时，光从第二表面照射时狭缝的能量透过曲线图，其中横坐标为第二凹槽与狭缝的距离值，纵坐标为设置第二凹槽时狭缝的透光能量与未设置第二凹槽时狭缝的透光能量比值；图9中表示距离狭缝300nm处波印亭矢量分布图。从图8和图9中可以看出，当第二凹槽400的深度h’＝50nm、宽度w’＝100nm时，随第二凹槽400到狭缝200间的距离d’的增大(300nm<d’<385nm)，狭缝200中透过光的能量不断增大，当d’＝390nm时，透过光能量达到最大，而后随d’的增大透过光的能量又开始减少；

图10第一种实施例中的光隔离器第二凹槽400与狭缝200之间的距离d’为390nm，第二凹槽400的深度h’为50nm时，光从第二表面照射时狭缝的能量透过曲线图，其中横坐标为第二凹槽的宽度值，纵坐标为设置第二凹槽时狭缝的透光能量与未设置第二凹槽时狭缝的透光能量比值；图11中表示距离狭缝300nm处波印亭矢量分布图。从图10和图11中可以看出，当第二凹槽400与狭缝200之间的距离d’为390nm，第二凹槽400的深度h’为50nm时时，随第二凹槽400宽度w’的增大(100nm<w’<135nm)，狭缝200中透过光的能量不断增大，当w’＝135nm时，狭缝200透过光能量达到最大值，而后随第二凹槽400宽度w’增大，狭缝200中透射光能量减少；

图12第一种实施例中的光隔离器第二凹槽400与狭缝200之间的距离d’为390nm，第二凹槽400的宽度w’为135nm时，光从第二表面照射时狭缝的能量透过曲线图，其中横坐标为第二凹槽的深度值，纵坐标为设置第二凹槽时狭缝的透光能量与未设置第二凹槽时狭缝的透光能量比值；图13中表示距离狭缝300nm处波印亭矢量分布图。从图12和图13中可以看出，当第二凹槽400与狭缝200之间的距离d’为390nm，第二凹槽400的宽度w’为135nm时，随第二凹槽400深度h’的增大(20nm<h’<35nm)，狭缝200中透过光的能量不断增大，当h’＝35nm时，透过光的能量达到最大值，而后随h’的增大，狭缝200中透过光的能量不断减小。

由此可见，可以通过不断调节第二凹槽400的参数实现对狭缝200中透射光的调节，通过调节第二凹槽400深度h’＝50nm、宽度w’及第二凹槽400与狭缝200之间的距离d’，可以调节对狭缝200透过光的增强作用，且当第二凹槽400深度h’为35nm，宽度w’为135nm，第二凹槽400与狭缝200之间的距离d’为390nm时，狭缝200透射光达到最大。

由此可见，本发明的第一种实施例中所提供的光隔离器，所述金属薄膜100上设置有一个狭缝200和一个第二凹槽400，其中，所述金属薄膜100的厚度为200nm，所述狭缝200的宽度为100nm，所述第二凹槽400的宽度为135nm，深度为35nm，所述第二凹槽400与所述狭缝200之间的第二预设距离为390nm，当波长为400nm的光从金属薄膜100的第二表面入射时，可以增强狭缝200的透光作用。

由于单向透光的光隔离器中，单狭缝200透过的光毕竟较少，为了增强透光，在本发明所提供的其他实施例中，可以通过狭缝200的个数来达到增强狭缝200透射光的目的。

图14所示为本发明所提供的第二种实施例中的光隔离器的结构示意图。

如图14所示，在本发明所提供的第二种实施例中，在所述金属薄膜100上周期性地设置有多个狭缝200，在所述第一表面上设置有多个第一凹槽300，每一所述第一凹槽300和至少一个狭缝200之间具有第一预设距离。

采用上述方案，通过在金属薄膜100的第一表面上设置多个狭缝200和多个第一凹槽300，每一第一凹槽300均可以对与其保持第一预设距离的狭缝200起到削弱透光的作用，与实施例中设置单狭缝200的光隔离器相比，可以在起到光隔离的同时，由于设置多个狭缝，可以增强整个光隔离器的透光量。

优选的，相邻两个狭缝200之间设置有两个第一凹槽300，且两个第一凹槽300中的一个第一凹槽300到所述相邻两个狭缝200中的一个狭缝200之间的距离为所述第一预设距离，另一个第一凹槽300到所述相邻两个狭缝200中的另一个狭缝200之间的距离为所述第一预设距离。采用上述方案，在相邻两个狭缝200之间设置两个第一凹槽300，且两个第一凹槽300能够分别对与其距离为第一距离的狭缝200起到削弱透光的作用。

需要说明的是，在本发明的其他实施例中，两个狭缝200之间也可以仅设置一个第一凹槽300，或者，设置两个以上的第一凹槽300，对此并不进行限定。

此外，在本发明所提供的第二种实施例中，优选的，所述金属薄膜100的厚度为170～190nm；所述狭缝200的宽度为90～110nm；所述第一凹槽300的宽度为175～195nm，深度为50～70nm；所述第一预设距离为170～190nm；相邻两个狭缝200的中心线之间的距离为1015～1035nm。采用上述方案，可以对预设波长为300～500nm的光进行单向导通，当波长为300～500nm的光从金属薄膜100的第一表面入射时，可以削弱狭缝200的透光作用，而实现光截止。

其中，在本发明所提供的第二种实施例中，优选的，当所述金属薄膜100的厚度为180nm；所述狭缝200的宽度为100nm；所述第一凹槽300的宽度为185nm，深度为60nm；所述第一预设距离为180nm，相邻两个狭缝200的中心线之间的距离为1025nm时，可以对波长为400nm的光实现单向导通，当波长为400nm的光从金属薄膜100的第一表面入射时，第一凹槽300对狭缝200的透光削弱效果最佳。

此外，在本发明所提供的第二种实施例中，优选的，在所述第二表面上设置有多个第二凹槽400和多个狭缝200，每一所述第二凹槽400和至少一个狭缝200之间具有第二预设距离，其中当所述预设波长的光从所述第二表面入射时，所述第二凹槽400激发的表面等离子体和与其具有所述第二预设距离的狭缝200激发的表面等离子体能够发生共振，以增强由所述狭缝200透射的光。采用上述方案，通过在金属薄膜100的第二表面上设置多个第二凹槽400，可以增强多个狭缝200透射的光。

优选的，相邻两个狭缝200之间设置有一个所述第二凹槽400，且所述第二凹槽400和所述相邻的两个狭缝200之中的至少一个狭缝200之间的距离为所述第二预设距离，所述第二凹槽400和所述相邻两个狭缝200之间的距离均为所述第二预设距离。

采用上述方案，在相邻两个狭缝200之间设置一个第二凹槽400，且该第二凹槽400能够削弱与其距离为第一距离的两个狭缝200透射的光。

需要说明的是，在本发明的其他实施例中，两个狭缝200之间也可以仅设置两个或多个第二凹槽400，对此并不进行限定。

此外，在本发明所提供的第二种实施例中，优选的，所述金属薄膜100的厚度为170～190nm；所述狭缝200的宽度为90～110nm；所述第二凹槽400的宽度为175～195nm，深度为33～45nm；所述第二预设距离为360～380nm；相邻两个狭缝200的中心线之间的距离为1015～1035nm。采用上述方案，可以对预设波长为300～500nm的光进行单向导通，当波长为300～500nm的光从金属薄膜100的第二表面入射时，可以增强狭缝200的透光作用，而实现光增强。

其中，在本发明所提供的第二种实施例中，优选的，当所述金属薄膜100的厚度为180nm；所述狭缝200的宽度为100nm；所述第二凹槽400的宽度为185nm，深度为40nm；所述第二预设距离为370nm，相邻两个狭缝200的中心线之间的距离为1025nm时，可以对波长为400nm的光实现单向导通，当波长为400nm的光从金属薄膜100的第二表面入射时，第二凹槽400对狭缝200的透光增强效果最佳。

为了研究在本发明第二种实施例中提供的光隔离器中多个第一凹槽300和多个第二凹槽400对狭缝200透光的影响，通过改变第一凹槽300和第二凹槽400的结构参数，来模拟测试不同第一凹槽300和第二凹槽400结构参数下狭缝200的透光情况。

首选，选用的初步模型为金属薄膜100厚度为180nm，狭缝200宽度为100nm，第一凹槽300的宽度为w₁，深度为h₁，第一凹槽300到狭缝200的距离为d₁，第二凹槽400的宽度为w₂，深度h₂，第二凹槽400到狭缝200的距离为d₂。

需要说明的是，上述初步模型，光从金属薄膜的第一表面入射的方向为反向，即，削弱透光方向，此时光隔离器起到了截止光的作用，光从金属薄膜的第二表面入射方向为光隔离器的正向，即透光方向。正向入射的光会得到加强从而顺利透过光隔离器，而反方向入射的光会被削弱，而被光隔离器截止。

为了实现光隔离器更好的隔光和透光效果，采用了二维时域有限差分法(FDTD，Finite-Difference Time-Domain)分析方法，入射光为400nmTM模式的单色光，金属薄膜100的色散模型采用洛伦兹-杜鲁德模型，边界条件为完全匹配层。

为了研究在第二种实施例中第一凹槽300的不同参数对光的削弱作用，首先，我们选用的初步模型为第一凹槽300边缘到狭缝200距离d₁＝160nm，第一凹槽300深度h₁＝50nm，第一凹槽300宽度w₁＝100nm；然后固定h₁、w₁，通过改变d₁的大小来研究d₁对狭缝200透射光的影响，得到随d₁的改变第一凹槽300对狭缝200透过作用的影响，得出最优的d₁后，再固定d₁、h₁，然后不断优化w₁，得到w₁与狭缝200透过光的关系曲线，从而得到优化的w₁，最后，固定d₁、w₁，然后再不断改变h₁的值，从而得到h₁对狭缝200透光的影响曲线；

为了研究第二凹槽400的不同参数对光的削弱作用，首先，选用的初步模型为第二凹槽400边缘到狭缝200距离d₂＝300nm，第二凹槽400深度h₂＝50nm，第二凹槽400宽度w₂＝100nm；然后，固定h₂、w₂，通过改变d₂的大小来研究d₂对狭缝200透射光的影响，得到随d₂的改变第二凹槽400对狭缝200透过作用的影响，得出最优的d₂后，再固定d₂、h₂，然后不断优化w₂，得到w₂与狭缝200透过光的关系曲线，从而得到优化的w₂，最后，固定d₂、w₂，然后再不断改变h₂的值，从而得到h₂对狭缝200透光的影响曲线。

最终得到优化的光隔离器的结构为：当所述金属薄膜100的厚度为180nm；所述狭缝200的宽度为100nm；所述第一凹槽300的宽度W₁为185nm，深度h₁为60nm；所述第一预设距离d₁为180nm，相邻两个狭缝200的中心线之间的距离为1025nm，所述第二凹槽400的宽度w₂为185nm，深度为h₂为40nm；所述第二预设距离d₂为370nm时，光隔离器正向光增强效果最好，反方向光削弱效果最好。

为了更加清晰直观的了解SPs对透射的增强和削弱过程，采用时域有限差分法(FDTD，Finite-Difference Time-Domain)方法计算了透射增强和削弱两种情况下结构的近场平均磁场分布图如图15和图16所示，其中图15所示为光正向照射光隔离器正向透光的近场平均磁场分布图，图16所示为光反向照射光隔离器反向透光的近场平均磁场分布图。

从图15中可以看出，光正向照射光隔离器时，光隔离器的金属薄膜100的第一表面和第二表面及远场都有较强的磁场分布，说明入射光能量可以有效的通过狭缝200，传播到光隔离器的金属薄膜100的第一表面，并形成远场透射。

从图16中可以看出，当光反向照射光隔离器时，只有光隔离器的金属薄膜100的第一表面有很强的磁场分布，第二表面和远场几乎看不到磁场分布，表明入射光能量几乎无法耦合进狭缝200传播到另一侧，此时光是被截止的，起到了良好的阻光效果。

由此可见，本发明第二种实施例所提供的光隔离器，实现了光束的单向透过，具有很好的单向透光效果，拥有广阔的应用前景。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。