[发明专利]一种稀土荧光增强天线及其制备方法

说明书

本发明涉及一种稀土荧光增强天线，包括玻璃基底，所述玻璃基底上固定设置有多个带介质材料的周期性光栅，所述带介质材料的周期性光栅包括固定设置在中间层的发光层，固定设置在发光层顶部和底部的金属Ag纳米层，以及固定设置在上层金属Ag纳米层顶部和下层金属Ag纳米层底部的保护膜；所述发光层为掺杂有稀土Eu发光量子点的介质膜；本发明采用剥离法或者光刻蚀法制备。本发明提供一种新型的基于表面等离子体增强的光栅超材料稀土辐射增强天线结构，通过在光栅内部介质层中形成磁场热电来提高稀土元素自发辐射发光效应。

技术领域

本发明涉及等离子体超材料技术领域，具体涉及一种稀土荧光增强天线及其制备方法。

背景技术

超材料是一种亚波长结构尺寸的人工设计结构材料，基于其独特的电磁学特性，在近期科学界引起了强烈的兴趣与关注。人们通过设计和控制超材料的单元结构组成进而调控结构的介电常数ε以及磁导率μ，使其表现出自然材料所没有的特异性能。2000年Smith等人设计出的超材料结构首次实现在特定微波波段具有双负特性，让人们了解到新型材料实现的可能性，此后一些前所未有的新型概念材料相继提出，例如区别于传统材料的负折射材料，具备特殊吸波能力的吸波器，分辨率小于衍射极限的完美透镜，微型纳米天线，还有只存在于科幻世界中的隐身器件等等，这些研究热点让科学界对材料科学的发展有了充满想象的全新认知。

在超材料研究延展出的各种各样的热点领域中，光学磁性超材料无疑是其中最具发展前景，实用价值和产业化潜力的的应用分支。同时，在过去几十年随着点源发射领域的不断扩展，诸如点光子源、纳米激光器、信号探测等研究方向获得极大关注，如何利用微纳米结构实现电偶极子和磁偶极子跃迁的控制成为了科研难关。近些年来，除了在发射表面、波导、微腔、光子晶体等方面研究有所成果，人们逐渐把关注点放在利用磁性超材料的形成的高局域电磁场影响偶极子跃迁上。

一般来说，组成自然界中物质的原子对光波等电磁场的电场分量的响应较为强烈，而对磁场分量的响应十分微弱，这导致电磁场的两只“手”中，电的这只手发挥了作用表征磁的这只“手”的信息和作用被忽视，然而磁性超材料使得磁分量的作用逐渐发挥起来。为了将光波的电场和磁场谐振效应同时发挥出来，金属与介质复合材料组成的超材料结构被认为是目前最理想的结构。

目前的磁性超材料设计原则主要围绕如何在结构内部形成由自由电荷组成的环形电流，并以此在周围空间产生足够强烈的磁共振，最为经典的结构为开口谐振环结构(Split Resonant Rings)，并由此引申出一系列的诸如双环结构、回字形结构等变形式。这些结构都是引导自由电荷在沿着金属线形成电流环路进而产生磁响应，但这些磁谐振往往出现在微波波段和红外波段，出于制备的限制很难通过减小结构尺寸的方式将响应波长移至可见光范围。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种稀土荧光增强天线及其制备方法，提供了一种新型的基于表面等离子体增强的光栅超材料稀土辐射增强天线结构，通过在光栅内部介质层中形成磁场热电来提高稀土元素自发辐射发光效应。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种稀土荧光增强天线，包括玻璃基底，所述玻璃基底上固定设置有多个带介质材料的周期性光栅，所述带介质材料的周期性光栅包括固定设置在中间层的发光层，固定设置在发光层顶部和底部的金属Ag纳米层；所述发光层为掺杂有稀土Eu发光量子点的介质膜。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述带介质材料的周期性光栅顶部和底部设置有保护膜。

优选的，所述保护膜为Al₂O₃膜，厚度为10nm。

进一步，所述金属Ag纳米层的厚度为30nm。

进一步，所述发光层选用Al₂O₃作为介质材料，在其中掺杂有稀土Eu发光量子点。