近红外宽波段定向传播和聚焦的表面等离激元透镜的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及纳米光电子器件领域，特别涉及近红外宽波段定向传播和聚焦的表面 等离激元透镜。
【背景技术】
[0002] 表面等离激元（SPPs)是一种在外部光场激发下金属表面电子的集体振荡从而导 致沿表面传播的电磁波，其波长小于外部激发波长。表面等离激元为纳米尺度光电子器件， 光信息通信技术和生物化学传感技术提供了可能性。目前，已经开发了多种基于表面等离 激元的各种器件：如表面等离激元发射器，表面等离激元透镜，表面等离激元波导，表面等 离激元分束器，表面等离激元数字逻辑器件。表面等离激元透镜是将沿金属表面传播的等 离子体波聚焦在纳米尺度范围内的微结构。
[0003] 目前，表面等离激元透镜由单个刻蚀在贵金属金或银膜上面的单个缝或周期性环 形缝或环形槽组成。当表面等离激元透镜由环形缝组成时，用径向偏振光照明时，环形缝上 各个点均能激发表面等离子体波，并沿垂直于缝的方向向两边传播。只有向内传播的表面 等离子体波才能在中心会聚，而向外传播的表面等离子体波成为噪音，可能会导致不必要 的相邻器件与器件之间的耦合、散射及噪音，不利于使光电子集成器件做的更小、更紧密， 因此限制了所述基于表面等离激元制备的各种器件的进一步应用。当表面等离激元透镜由 周期性结构组成时，表面等离激元透镜只能对某一波长的表面等离激元聚焦。
[0004] 文献（Nano Lett. 2014,14, 704-709)中提出了一种近红外宽带定向表面等离激元 耦合器（如图1和图2所示），它由一对狭缝组成。图1为表面等离激元耦合器俯视图，图 2为侧视图。整个耦合器是在二氧化硅基底上镀一层厚度为H的金膜，并用聚焦离子束刻蚀 一对宽为W，长度分别为Ll和L2,相距为D的狭缝。这样的结构被称作非对称光学狭缝天 线对。每个狭缝都有不同的共振性质。他们都可以将从二氧化硅基底一边垂直入射的，沿X 轴偏振的自由空间传播的激发光束耦合成沿金膜和空气交界面传播的表面等离子体波。其 初始位相设为外和％。当狭缝尺寸远小于表面等离子体波长A spp，则两个狭缝光学天线在 远场都可以认为是点光源。每个点光源发出的电场在X轴方向的分量可以写成偶极子的电 场形式：
【主权项】
1. 近红外宽波段定向传播和聚焦的表面等离激元透镜，其特征在于，包括以下部分： 基底⑴、金膜⑵、内环⑶、外环⑷；所述金膜⑵镀在基底⑴表面上；所述内环⑶ 和外环（4)均为在金膜（2)上刻蚀出来的狭缝，且所述内环（3)和外环（4)均为圆环形，所 述内环（3)设置在所述外环（4)内；所述内环（3)、外环（4)分别为均匀分布的30个耦合 器；在内环（3)或外环（4)上相邻的两个耦合器分别与圆环中心的连线所形成的夹角为12 度；内环（3)上的耦合器和与其最接近的外环（4)上的耦合器分别与圆环中心的连线所形 成的夹角为6度。
2. 根据权利要求1所述近红外宽波段定向传播和聚焦的表面等离激元透镜，其特征在 于，所述金膜（2)的厚度为200纳米。
3. 根据权利要求1所述近红外宽波段定向传播和聚焦的表面等离激元透镜，其特征在 于，所述内环（3)的半径为2300纳米，所述外环（4)的半径为3000纳米。
4. 根据权利要求1所述近红外宽波段定向传播和聚焦的表面等离激元透镜，其特征在 于，所述其中任何一个耦合器由两个长短不一的狭缝天线组成，所述两个长短不一的狭缝 天线平行放置，所述长狭缝天线比短狭缝天线更靠近圆心。
5. 根据权利要求4所述近红外宽波段定向传播和聚焦的表面等离激元透镜，其特征在 于，所述长狭缝天线的长度为260纳米，所述短狭缝天线的长度为225纳米，所述长狭缝天 线和短狭缝天线的宽度均为80纳米；所述长狭缝天线和短狭缝天线的深度均为200纳米。
6. 根据权利要求4所述近红外宽波段定向传播和聚焦的表面等离激元透镜，其特征在 于，所述长狭缝天线与短狭缝天线的中心相距320纳米。
7. 根据权利要求1所述近红外宽波段定向传播和聚焦的表面等离激元透镜，其特征在 于，所述近红外宽波段定向传播和聚焦的表面等离激元透镜的照明光束为径向偏振光束。
8. 根据权利要求1-7所述近红外宽波段定向传播和聚焦的表面等离激元透镜，其特征 在于，所述近红外宽波段定向传播和聚焦的表面等离激元透镜用于波长773纳米到930纳 米范围的激光照明。
9. 根据权利要求8所述一种双环表面等离子激元透镜，其特征在于，所述近红外宽波 段定向传播和聚焦的表面等离激元透镜用于波长773纳米到930纳米范围的激光照明时， 产生的向内和向外传播的表面等离激元消光比大于15。
【专利摘要】本发明涉及一种近红外宽波段定向传播和聚焦的表面等离激元透镜，其特征在于，包括以下部分：基底、金膜、内环、外环；所述金膜镀在基底表面上；所述内环、外环刻蚀在金膜上；所述内环、外环分别为均匀分布的30个耦合器；在内环或外环上相邻的两个耦合器分别与圆环中心的连线所形成的夹角为12度；内环上的耦合器和与其最接近的外环上的耦合器分别与圆环中心的连线所形成的夹角为6度。所述近红外宽波段定向传播和聚焦的表面等离激元透镜，利用径向偏振光照明，可以实现只向中心传播并聚焦，因而避免了向外传播引起干扰和噪声，有利于将光电子器件集成化。
【IPC分类】B82Y20-00, G02B6-122
【公开号】CN104597562
【申请号】CN201410803994
【发明人】陈建农
【申请人】鲁东大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年12月19日