[实用新型]基于双盘纳米天线表面等离激元增强透射的金属复合微纳结构

说明书

技术领域

本实用新型属于光学领域和微纳系统领域，具体为基于双盘纳米天线表面等离激元增强透射的金属复合微纳结构。

背景技术

表面等离激元（surface plasmon）是指在金属和介质交界面处自由电子和光子相互作用而形成的一种电磁场表面倏逝波模式。金属微纳结构由于表面等离激元的激发，能够将自由空间中的光有效耦合到高度受限的结构表面。这种激发能够通过新方式操作光频段内的电磁波，这些方式是传统电介质结构无法实现的。随着对表面等离激元纳米光子学领域研究的不断深入，其在电子学、光学、生物传感等方面的应用越来越广。近十多年来，基于表面等离激元的研究取得了重大进展，表面等离激元在等离子体红外光源、光电探测、光学成像、生物传感、光学数据存储、等离子体激光器等诸多领域得到了广泛应用。

1998年Ebbesen和他的同事在银圆孔阵列薄膜上发现光学异常透射现象，基于表面等离激元实现的光学异常透射现象得到了人们的广泛研究。利用金属微纳结构实现的光学异常透射，可为新型光学滤波器、透明电极、光耦合器和新型光源的设计提供一定的参考依据。

发明内容

本实用新型提出了一种基于双盘纳米天线表面等离激元增强透射的金属复合微纳结构，该金属复合微纳结构借助孔洞阵列结构光学异常透射效应和圆盘状微纳天线结构局域表面等离激元共振辐射增强效应级联耦合来实现基于表面等离激元的金属复合微纳结构的透射增强。

本实用新型是采用如下的技术方案实现的：一种基于双盘纳米天线表面等离激元增强透射的金属复合微纳结构，包括底层电介质薄膜层、在底层电介质薄膜层上沉积的带有孔洞阵列结构的金属薄膜层、在孔洞中填充的电介质、金属薄膜层上沉积的电介质层、在电介质上制备的顶层圆盘状金属阵列结构和底层电介质薄膜层上制备的底层圆盘状金属阵列结构，底层圆盘状金属阵列结构、底层电介质薄膜层、带有孔洞阵列结构的金属薄膜层、电介质层和顶层圆盘状金属阵列结构构成金属复合微纳结构。该结构将孔洞阵列结构的光学异常透射效应和圆盘状金属阵列结构天线局域表面等离激元共振级联耦合，来实现透射的增强。在该结构中通过调整金属圆盘阵列周期、形状、金属薄膜层厚度、入射光角度以及电介质等参数可以轻易实现金属复合微纳结构工作波段的调整和透射的增强。

本实用新型的基本工作原理是：入射光照射在顶层圆盘状金属阵列结构时，引起圆盘边缘处自由电子的集体震荡，当入射光的频率和电子的振荡频率一致时在圆盘表面产生局域表面等离激元共振，激发的局域表面等离激元将入射光耦合到圆盘表面，此时的圆盘状金属阵列结构相当于接收天线。异常光透射现象的产生机制主要是：入射光通过金属薄膜层孔洞时，产生的表面等离激元在孔洞阵列表面的局域共振增强其传输，从而使更多的能量能够穿过孔洞阵列结构而实现透射增强。同时通过孔洞的表面等离激元作为激发源激发底层圆盘状金属阵列结构的表面等离激元共振，此时该圆盘状金属阵列结构作为发射天线将聚集的能量以辐射的形式发射出去。双纳米圆盘状金属阵列结构在这里扮演一个接收天线与一个发射天线。一方面通过纳米圆盘状金属阵列结构接收、聚集自由光场而产生一个约束型、增强型场，此时，纳米圆盘状金属阵列结构作为一个接收器。另一方面，纳米圆盘状金属阵列结构也可以作为一种散射元件，散射近场能量的自由传播场与非自由传播场，此时圆盘状金属阵列结构作为一个发射器。该金属复合微纳结构结合了孔洞阵列结构光学异常透射效应和圆盘微纳天线结构局域表面等离激元共振级联来实现透射的增强。将该金属复合微纳结构应用于增强透射具有很好的创新性。

本实用新型提出了一种基于双盘纳米天线表面等离激元增强透射的金属复合微纳结构，该金属复合微纳结构借助孔洞阵列结构光学异常透射效应和圆盘状微纳天线结构局域表面等离激元共振辐射增强效应级联耦合来实现透射的增强。该结构简单，易于制作加工，其透射光谱可以通过孔洞阵列结构的周期、形状、材料、金属薄膜厚度、光的入射角度以及介质环境来调控。

附图说明

图1为单个金属复合微纳结构剖视图。

图2为本实用新型的结构示意图。

图中：1-顶层圆盘状金属阵列结构，2-电介质层，3-带有孔洞阵列结构的金属薄膜层，4-电介质，5-底层电介质薄膜层，6-底层圆盘状金属阵列结构,7-顶层圆盘状金属，8-底层圆盘状金属。

具体实施方式

一种基于双盘纳米天线表面等离激元增强透射的金属复合微纳结构，包括底层电介质薄膜层5、在底层电介质薄膜层5上沉积的带有孔洞阵列结构的金属薄膜层3、在孔洞中填充的电介质4、金属薄膜层3上沉积的电介质层2、在电介质层2顶面上制备的顶层圆盘状金属阵列结构1和底层电介质薄膜层5底面上制备的底层圆盘状金属阵列结构6，孔洞阵列结构中的孔洞均为圆形通孔，底层圆盘状金属阵列结构6、底层电介质薄膜层5、带有孔洞阵列结构的金属薄膜层3、电介质层2和顶层圆盘状金属阵列结构1构成金属复合微纳结构。