[实用新型]基于周期性圆环-狭缝复合孔阵列的表面等离子体光开关

说明书

基于周期性圆环‑狭缝复合孔阵列的表面等离子体光开关，由电介质基底和金属薄膜组成，金属薄膜设于电介质基底正上方，金属薄膜上设有复数个周期性阵列排布的圆环‑狭缝单元，圆环‑狭缝单元包括贯穿金属薄膜厚度方向的圆环和矩形狭缝，矩形狭缝位于圆环内、垂直于阵列周期方向且矩形狭缝的中心与圆环的圆心重合。通过改变入射光的偏振方向、金属薄膜厚度、圆环‑狭缝单元间隔长度等参数优化表面等离子体光开关的性能。本发明结构简单、制作工艺要求低、尺寸小便于集成；无泵浦光对信号光及后续光路的干扰，能够有效控制可见光波段和近红外波段的开关比，操作方便，表面等离子体光开关的功耗低。

技术领域

本发明涉及微纳光子器件领域，特别是一种基于周期性圆环-狭缝复合孔阵列的表面等离子体光开关。

背景技术

随着社会发展，电子器件已经很难满足人们对信息传输速度和存储量的需求。由于表面等离子体（Surface Plasmons, SPs）具有亚波长、电场局域以及局域场增强的特优良性，利用表面等离子体可以解决目前存在的衍射极限问题，使得光子器件能够小型化和集成化，极大扩展了光子器件在信息传输领域的应用。且表面等离子体光开关是通过控制外部因素改变开关中SPs的激发或传输，进而调控光的有无强弱，从而实现对光的开关操作，相对于传统的光开关，表面等离子体光开关可在小于衍射极限尺度内实现对光的控制，进而在纳米尺度上实现光开关的集成。

近年来，随着各种微纳制备技术的日渐成熟，众多表面等离子体光开关被先后实现。例如，Pala R.A.等在电介质基底上的金属薄膜表面添加光致变色分子层，并在金属薄膜中设置两个光栅，利用泵浦光照射光致变色分子层实现表面等离子体激元波导光开关。Veronis G等通过在波导中设置半导体增益介质矩形腔，实现由外界泵浦光控制金属-空气-金属波导表面等离子体光开关。中国发明专利ZL201710497191.0公开了一种基于周期性亚波长孔阵列的表面等离子体光开关。然而上述现行的表面等离子体光开关存在结构复杂集成难度大，在纳米尺度下的制作精度增加了制作难度；并且由于需要外界泵浦光控制存在泵浦光对信号光及后续光路的干扰；另外，表面等离子体光开关的开关比低，不超过10dB，使得表面等离子体光开关损耗较大，影响表面等离子体光开关的整体性能参数。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种基于周期性圆环-狭缝复合孔阵列的表面等离子体光开关，该表面等离子体光开关结构简单、易于制作，无泵浦光干扰，并且具有较高的开关比，能够应用于可见光波段和近红外波段的表面等离子体光开关。

本发明的技术方案是：基于周期性圆环-狭缝复合孔阵列的表面等离子体光开关，是由电介质基底和金属薄膜组成的微纳结构，金属薄膜设置于电介质基底的正上方，金属薄膜上设有复数个圆环-狭缝单元，复数个圆环-狭缝单元周期性阵列排布于金属薄膜上，圆环-狭缝单元包括一个贯穿金属薄膜厚度方向的圆环和一个贯穿金属薄膜厚度方向且垂直于横向阵列周期方向的矩形狭缝，矩形狭缝位于圆环内，矩形狭缝的中心与圆环的圆心重合。

本发明进一步的技术方案是：所述电介质基底的电介质材料为石英或苯并环丁烯，所述电介质基底的厚度为150nm～250nm；所述金属薄膜的材料为银或金，所述金属薄膜的厚度为50nm～100nm。

本发明再进一步的技术方案是：所述圆环-狭缝单元的数量不小于9，复数个圆环-狭缝单元排列形成的阵列的形状为正方形或长方形，复数个圆环-狭缝的排列周期为500nm～800nm。

本发明更进一步的技术方案是：所述圆环的内圆半径为100～150nm，圆环的宽度为25～55nm；所述狭缝的长度为100～250nm，宽度为25～60nm；狭缝的长度小于圆环的内圆直径。

本发明与现有技术相比具有如下特点：

1、本发明的表面等离子体光开关仅由电介质基底和具有孔阵列的金属薄膜组成，尺寸小，结构简单且易于制作。