[发明专利]一种基于近对称保护型连续束缚态的亚波长光栅结构

说明书

本发明公开了一种基于近对称保护型连续束缚态的亚波长光栅结构，包括介质基片、若干个介质光栅和介质包裹层；所述的介质基片设置在介质光栅、介质包裹层的底部，用于支撑介质光栅、介质包裹层；所述的介质光栅上设有周期性且非对称的凹槽；所述的凹槽的中心不与介质光栅的中心位置相重合；若干个所述的介质光栅周期性排列设置；所述的介质包裹层覆盖在所述的介质光栅的四周；所述的介质基片的折射率小于介质光栅的折射率；所述的介质包裹层的折射率小于介质光栅的折射率。本发明在支持对称保护型连续束缚模式的亚波长光栅结构上，通过设置凹槽破坏介质光栅结构的对称性，因而介质光栅的谐振模式转为具有极高品质因子的近对称保护型连续束缚模式。

技术领域

本发明涉及光学技术领域，更具体的，涉及一种基于近对称保护型连续束缚态的亚波长光栅结构。

背景技术

对光进行选择性透射，反射和局域是研究光与物质相互作用的重要部分，依此设计的器件广泛应用于激光器，成像系统，光电探测，非线性效应增强和生物化学传感等领域。对于空间光场，传统的方法是利用多光束干涉来实现光的选择性透射和反射，但是透射或反射谱的品质因子较低，无法满足现如今的需求。近年来，随着对具有亚波长尺度的光学结构不断研究，人们发现微纳光学器件在操控光场方面具有独特的作用，能更有效地对光进行选择性透射，反射和局域。

常见的微纳光学器件是利用结构的共振效应来控制光场，例如利用光子晶体导模谐振，当光场入射到周期性介质微纳结构时，大部分能量被耦合到波导所支持的导播模式，因而光场被局域在结构中。该类型结构能产生带有较高品质因子的谐振峰。除此之外还有金属表面等离激元谐振，金属纳米结构的等离激元谐振能产生强的局域电场，并且谐振对结构所处环境的折射率变化极其敏感，因此可用于传感器。但是金属材料固有的损耗使得谐振峰的品质因子较低，限制了该器件的应用。理论上来说，利用结构的共振效应局域的光场处于带有损耗的谐振态，因此无法通过优化结构来突破其谐振峰的品质因子上限，同时难于保证响应光谱具有平坦的背景。

光子晶体的光学谐振模式根据频谱可分为三种包括导播模式、辐射模式和连续域束缚模式。导播模式和辐射模式品质因子低，而对于连续域束缚模式，耦合到辐射通道的光场相消干涉，从而使得辐射频域上某点频率的光被完美束缚在结构中，即该模式的品质因子趋于无穷。同时光子被局域在纳米尺度下的空间中，光能量密度显著增大，结构产生超强局域电场，这将大大增强光与物质之间的相互作用。因此这有利于在输入光功率较小的情况下，激发介质材料的非线性效应。光子晶体的连续束缚态可进一步分为对称保护型和非对称型连续束缚态，前者与器件结构的对称性密切相关，而后者与结构的尺寸有关。

基于对称保护型连续束缚态的光子晶体由于容易设计和制作，因此得到广泛研究。显然在大部分情况下如设计激光器和滤波器等并不希望光子被完全束缚在结构中，这类应用需要能支持带有极高但有限的品质因子的近连续束缚态模式。

目前在光子晶体中实现近对称保护型连续束缚态的方式主要有调整光场入射角度即改变光子动量和破坏结构对称性，利用光场入射角度来获取带有品质因子的谐振峰不利于实际应用，因此主流的方式是打破支持对称保护型连续束缚态的结构的对称性来实现近对称保护型连续束缚态。

发明内容

本发明为了解决如何打破支持对称保护型连续束缚态的结构的对称性来实现近对称保护型连续束缚态的问题，提供了一种基于近对称保护型连续束缚态的亚波长光栅结构，其能支持近对称保护型连续束缚态，其实现了超窄带滤波和光场增强。

为实现上述本发明目的，采用的技术方案如下：一种基于近对称保护型连续束缚态的亚波长光栅结构，包括介质基片、若干个介质光栅和介质包裹层；

所述的介质基片设置在介质光栅、介质包裹层的底部，用于支撑介质光栅、介质包裹层；

所述的介质光栅上设有周期性且非对称的凹槽；所述的凹槽的中心不与介质光栅的中心位置相重合；若干个所述的介质光栅周期性排列设置；

所述的介质包裹层覆盖在所述的介质光栅的四周；