一种多通道可调谐Tamm等离子体完美吸收器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及纳米光子学领域，特别设及的是一种多通道可调谐Tamm等离子体完美 吸收器。
【背景技术】
[0002] 表面等离子体激元（Surface Plasmon F*ola;ritons,SPPs)是局域在金属表面的一 种电磁波模式，是基于入射电磁福射与金属表面传导电子或金属纳米级颗粒的相互作用， 激发并禪合电荷密度起伏的电磁振荡，具有近场增强、表面受限、短波长等特性，由于其可 W在亚波长尺度对电磁波进行约束和调制，故逐渐成为纳米光子学运一热口领域最有潜力 的信息载体。基于SPPs的各种纳米光子器件被认为是最有希望实现纳米全光集成回路的基 础。
[0003] 由于SPPs产生时，分布在金属表面的自由电子发生集体震荡，会使大量的光子能 量转化为自由电子的振荡能量，从而形成对光的强烈吸收，表面等离子体光吸收器就是一 种能够对光频电磁波进行有效吸收的亚波长纳米光器件，相对于传统的光学吸收器而言， 不需要使材料的介电常数呈渐变分布，且尺寸小、易于集成、参数易设计、结构易制备，在抗 电磁干扰、危险物质检测、相干热福射和隐身技术等领域有着重要的应用。适当的设计表面 等离子体光吸收器的结构，可W控制吸收器的效率，并调节吸收峰的带宽和位置，近年来诸 如表面等离子体光栅型吸收器、间隙等离子体与F-P共振混合吸收器、Tamm等离子体完美吸 收器等各种等离子体吸收器结构被提出。
[0004] 在表面等离子体窄带吸收器领域，如何实现多通道可调谐窄带完美吸收是等离子 体吸收器设计面临的关键问题。目前，对于微纳结构下可调谐多通道完美吸收器的研究较 少，大多数多通道吸收器仍停留在通过调整谐振结构的尺寸、形状和组合方式来实现，不仅 加工困难而且具有较大的尺寸，吸收率也不能近乎完美，其较大的带宽和不可调谐的吸收 峰位置严重限制了其应用范围。2005年Vinogradov等人提出了另一种表面波一光学塔姆态 (OTS)，与SPPs不同，OTS是由于化agg反射而在界面上形成的、强度沿分界面向两边材料衰 减的无损耗表面态，相比SPPs,衰减较小，表现出良好的光学特性。由于在光子晶体禁带中 的布洛赫波W倏逝波的形式存在，可视作磁单负材料，而金属薄膜在此情形下的介电常数 为负，电磁波被限制在金属表面，可视作电单负材料，两者都体现出高反的特性，当光子晶 体和金属间薄交界面的光场向两边的反射光束满足相干相长的相位匹配条件时，实现了光 场的共振增强。从而在光子晶体禁带的中屯、频率附近可W得到一个极窄的反射凹峰(dip), 可用于提升吸收特性，实现窄带宽、高吸收率的吸收器。如化ngkang G等人在近红外波段 提出的一种基于光学Tamm态的等离子体吸收器，通过在MIM波导内引入金属一DBR结构，使 得满足金属和缺陷层(DBR最后一层)界面两侧的阻抗差值为零的电磁波WTM偏振入射时， 不仅在MIM波导中会形成间隙等离子体，还会在两者界面处观察到很强的电磁场局域，激发 出光学Tamm态，将能量约束于波导结构中，实现吸收率高达0.991的强吸收。但是其只能实 现单通道的吸收，无法应用于危险物质检测、高光谱多频成像等要求窄带多通道吸收的领 域。2014年，Yang C等人基于亚波长光栅结构首次提出了=通道窄带吸收器，开辟了多通道 完美吸收的道路，但吸收率不够完美，且通道数不可调谐，也无法实现更多通道的需求。
【发明内容】
[000引本发明的目的在于提出一种新型多通道可调谐完美吸收器，在MIM等离子体波导 内引入金属-DBR-金属插层-DBR-金属结构，从而激发多个光学Tamm态，并相互禪合劈裂，形 成多个吸收峰。通过各种参数的调节，可W实现多通道、可调谐的完美吸收。
[0006] 为了实现上述目的，本发明采用W下技术方案： 一种多通道可调谐Tamm等离子体完美吸收器，包括:MIM波导和波导内的金属-DBR-金 属插层-DBR-金属结构，其中金属-DBR-金属插层-DBR-金属结构两侧金属厚度不同，W金属 插层为中屯、，其两侧D服的周期数分别为Nl和N2。
[0007] 所述金属插层的个数n与通道数N的关系式为N=2n+i，其中n> 0。
[0008]所述金属-DBR-金属插层-DBR-金属结构中薄金属端为入射端，厚金属端为出射 JLjJU 乂而。
[0009] 所述MIM波导和波导内的金属-DBR-金属插层-DBR-金属结构的尺寸与入射光波长 具有相同量级，但小于入射光波长。
[0010] 所述MIM波导和金属-DBR-金属插层-DBR-金属中的金属采用Ag、Au或A1。
[0011] 所述DBR由高折射率介质A和低折射率介质B构成，折射率分别为riA，邮，厚度分别为 dA，dB，
I. W日为Bragg频率，所述介质A为GaAs或Ti〇2，所述介质B为AI2O3或 Si〇2〇
[0012] 所述MIM波导的介质为空气层，所述空气层的厚度为50~160nm。
[0013] 所述金属-DBR-金属插层-DBR-金属结构中薄金属的厚度为20nm，厚金属的厚度为 TQnm左右。
[0014] MIM波导结构W空气作为介质。金属-DBR-金属插层-DBR-金属结构两侧的金属厚 度保持不变，中间金属插层的厚度和个数可调谐，W金属插层为中屯、，其两侧DBR的周期数 分别为Nl和N2。金属-DBR-金属插层-DBR-金属结构可W使多重光学Tamm态禪合形成多个劈 裂的吸收峰，实现多通道的窄带完美吸收。
[001引两个独立的DBR周期数相同（NI =N2)时，认为波导内结构对称，两个独立的DBR周 期数不相同（NI辛N2)时，认为波导内结构非对称。DBR周期数Nl与N2可调谐，两者的不同组 合可W移动吸收峰的位置。
[0016] 金属插层厚度的变化会影响多重光学Tamm态之间的禪合强度，从而移动吸收峰。 金属插层的个数n与吸收峰个数N(即通道数)的关系式可W表示为N=2D+i(其中n>0)。
[0017] 波导宽度和DBR介质厚度可调谐，两者的变化均可移动吸收峰的位置。
[0018] 由于金属-DBR-金属和DBR-金属-DBR结构均可W产生二重Tamm态的禪合劈裂，形 成对称模式和反对称模式，故在金属-DBR-金属结构中加入金属插层，构成金属-DBR-金属 插层-DBR-金属结构，可W将整个结构看成两个金属-DBR-金属和一个DBR-金属-DBR结构的 组合，在形成更多通道数的同时，也保证了各通道的高吸收效率和窄带宽特性。并可W通过 改变金属插层的个数来灵活调节通道数目。
[0019] 本发明是一种新颖的多通道可调谐Tamm等离子体完美吸收器，TM偏振光由左侧正 入射，通过MIM结构，可W在波导内高效激发出Gap-SPPs，而处于波导内的金属-DBR-金属插 层-DBR-金属结构可W激发出多重光学Tamm态，并相互禪合形成多个劈裂的吸收峰，实现多 通道的窄带完美吸收。通过调节金属插层两边DBR的周期数、波导宽度W及DBR介质的厚度 可W移动吸收峰的位置。若增加 DBR中金属插层的数目n，可W增加吸收峰的个数N(即通道 数），其与金属插层数的关系式可W表示为N=2n+i(其中n含0)。本发明的表