[发明专利]一种基于多波长超窄带共振的金属微纳光学器件

说明书

本发明公开了一种基于多波长超窄带共振的金属微纳光学器件，当光入射到金属微纳器件时，抑制模式和透射模式会被激发，产生带宽只有几纳米的多透射峰。抑制模式能够抑制光的透射，是所述周期性薄金属光栅与所述高折射率介质层和所述低折射率介质层所形成的多阶杂化波导模式，透射模式能够增强光的透射，是所述高折射率介质层和所述低折射率介质层产生的多阶腔模式。当抑制模式和透射模式相互作用时，就能够产生超窄带多透射峰，得到可见光谱中两个或两个以上不同中心波长的透射峰。所提出的金属微纳器件在滤波、传感和检测方面具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及金属微纳光学器件领域，尤其涉及一种基于多波长超窄带共振的金属微纳光学器件。

背景技术

目前表面等离激元器件的优势在于能够克服衍射极限的限制,这是由于入射光与金属相互作用，金属表面的自由电子发生集体振荡，在金属-介质界面形成了一种沿着金属表面传播的电磁波，即表面等离激元波(Surface Plasmon Wave,SP)。作为光子和电子的“结合体”的SP能够将光场限制在亚波长尺寸范围内，从而能够调控纳米尺度范围内光与物质的相互作用。表面等离激元能够在金属微纳结构中形成共振(SPR)，可以极大地增强局域光场强度、提高光与物质之间的相互作用，被广泛应用于传感、纳米激光、拉曼增强、调制和探测等领域。但是在光波波段，由于金属的存在，其吸收和传播损耗极大，这些损耗会导致共振模式半峰宽的严重展宽，进而严重限制金属微纳光学器件的应用性能。因此，减小表面等离激元共振带宽对于实现高性能的金属微纳器件至关重要。

目前研究人员开发出的金属微纳器件大多只实现了某一特定波长的超窄带共振，或者实现了多波长共振但难以实现超窄带共振。然而在实际应用中，多波长的超窄带共振具有更广阔的应用。因此，目前需要一种能够实现多波长超窄带的金属微纳器件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于多波长超窄带共振的金属微纳光学器件，旨在解决现有技术中的当前多波长的金属微纳光学器件在光频中品质因数低，进而影响传感灵敏度的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的一种基于多波长超窄带共振的金属微纳光学器件，包括低折射率介质层衬底、介质结构和周期性薄金属条光栅；所述介质结构与所述低折射率介质层衬底固定连接，并位于所述低折射率介质层衬底的表面，所述周期性薄金属条光栅与所述介质结构固定连接，并位于所述介质结构远离所述低折射率介质层衬底的一侧；所述介质结构包括高折射率介质层和低折射率介质层，所述高折射率介质层与所述低折射率介质层衬底固定连接，并位于所述低折射率介质层衬底靠近所述周期性薄金属条光栅的一侧，所述低折射率介质层与所述高折射率介质层固定连接，并与所述周期性薄金属条光栅固定连接，并位于所述低折射率介质层和所述周期性薄金属条光栅之间。

其中，所述周期性薄金属条光栅的材料为贵金属。

其中，所述周期性薄金属条光栅的占空比为0.5-0.8，厚度为20-100nm，周期为400-600nm，所述高折射率介质层的厚度为50-200nm，所述低折射率介质层的厚度为50-200nm。

其中，所述低折射率介质层衬底的折射率与所述低折射率介质层的折射率相同。

其中，所述低折射率介质层折射率大于1，所述高折射率介质层的折射率比所述低折射率介质层折射率高0.2及以上。

其中，所述介质结构的数量为两个，并位于所述低折射率介质层衬底和所述周期性薄金属条光栅之间，所述低折射率介质层和所述高折射率介质层依次连接。

其中，所述介质结构的数量为三个，并位于所述低折射率介质层衬底和所述周期性薄金属条光栅之间，所述低折射率介质层和所述高折射率介质层依次连接。

其中，所述介质结构的数量为四个，并位于所述低折射率介质层衬底和所述周期性薄金属条光栅之间，所述低折射率介质层和所述高折射率介质层依次连接。