[发明专利]一种表面构建环形凹槽的场局域增强器件

说明书

本发明揭示了一种表面构建环形凹槽的场局域增强器件，该场局域增强器件包括三层结构，即第一层结构、第二层结构和第三层结构，第一层结构、第二层结构和第三层结构由内向外逐层构成一同轴圆锥形结构，圆锥形结构包括两部分，表面带有环状凹槽的上半部分和表面光滑的下半部分。上半部分位于圆锥形高度结构的1/2位置处，在圆锥形高度结构的1/2位置处沿第三层结构的外侧斜面往上构建有深度为d，周期为L，占空比为1:1的周期性环形凹槽。此结构可应用于超高密度集成光路，对实现纳米光子器件设计及其集成、新型光源、通信光纤的加工、微纳传感探测等领域具有十分重要的应用。

技术领域

本发明涉及一种表面构建环形凹槽的场局域增强器件，可用于纳米光子器件设计及其集成、新型光源、通信光纤的加工、微纳传感探测等技术领域。

背景技术

现代信息技术对于器件微型化和高度集成化的要求，要求单元器件的尺寸越来越小，器件的空间距离也越来越小，均要突破光学衍射极限，基于传统光学的基本原理和技术因受衍射极限的限制，在纳米尺度层面和结构上就难以实现与此相关的信息的传输、处理和相关技术应用等，不能满足科学技术发展的需要，因此迫切需要实现突破衍射极限的新机理和新技术。

柱矢量光束(CVBs)是一类偏振态在光束传播方向横截面上面呈柱对称分布的特殊的矢量光束。研究发现，在高数值孔径聚焦下，柱矢量光束具有与传统的线偏振光和椭圆偏振光明显不同的聚焦特性，在粒子操控、电子加速、高分辨率成像、等离子体聚焦等领域中有着广阔的应用前景。例如在引导和捕捉粒子、粒子加速、提高显微镜的分辨率、金属切割以及提高存储密度等方面，随着人们对柱矢量光束的不断认识，它将在越来越多的方面得到应用。

表面等离激元(Surface Plasmon Polaritons)是指金属表面上的自由振荡电子与光子相互作用产生沿着金属-介质表面传播的横磁偏振态的衰逝场。利用表面等离激元(SPP)可得到在纳米尺度上电磁能量局域汇聚放大，其有限的空间尺度、场空间局域增强的特点，对在纳米光子器件设计及其集成、制作微纳尺度量级的光子器件有显著的应用。

亚波长金属微结构是激发和控制SPP的主要结构，当所使用的亚波长金属微纳米结构具有轴对称性质时，用径向偏振光源照明激发SPP时能量利用率更高、聚焦点更小并且可以自动满足SPP激发所需的横磁偏振条件。

2007年，Weibin Chen等人提出了一种介质-金属双层圆锥结构，一柱矢量光束从该结构底端入射，在结构尖端实现很好的场聚焦效果。随后研究了该结构顶端电场增强与其圆锥半锥角和介质折射率之间的关系，发现圆锥半锥角和介质折射率对顶端电场的影响十分敏感且呈震荡关系。

由于金属等离激元本身的高损耗特性，导致上述双层结构的尖端场局域增强效应效果不理想，受上述双层圆锥形结构限制的困扰。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提出一种表面构建环形凹槽的场局域增强器件。

本发明的目的将通过以下技术方案得以实现：一种表面构建环形凹槽的场局域增强器件，该场局域增强器件包括三层结构，即第一层结构、第二层结构和第三层结构，所述第一层结构、第二层结构和第三层结构由内向外逐层构成一同轴圆锥形结构，所述圆锥形结构包括两部分，表面带有环状凹槽的上半部分和表面光滑的下半部分。

优选地，所述上半部分位于圆锥形高度结构的1/2位置处，在圆锥形高度结构的1/2位置处沿第三层结构的外侧斜面往上构建有深度为d，周期为L，占空比为1∶1的周期性环形凹槽。

优选地，所述环状凹槽的个数为六个，所述环状凹槽的截面为平行四边形，周期L为波长的1/2。

优选地，每个所述环状凹槽的深度d为30nm，周期L为300nm，

优选地，所述第一层结构为高折射率介质，所述高折射率介质为Si或GaN，其中Si的折射率为3.455。