[发明专利]一种横向MIM格点阵等离激元吸收器

说明书

本发明为一种横向MIM格点阵等离激元吸收器，由介质基底和具有周期性的金属纳米颗粒阵列构成，每组金属纳米颗粒由两个相对的金长方体块及其中间所夹的介质层构成。入射光为磁场方向平行于介质基底平面的TM平面波，其波矢k与竖直方向有一定夹角，从而可以在金属纳米颗粒阵列中激发OLP形式的格点阵等离激元，且相邻的纳米金属单元之间会产生较强的共振耦合，在特定的结构参数和入射角下就会对入射光产生特定的吸收峰。并且相比于与其它基于阵列的等离激元吸收器具有很高的品质因数和很好的调谐性，该横向MIM格点阵等离激元吸收器在微纳光学集成器件领域具有着良好的应用前景。

(一)技术领域

本发明属于微纳光学技术领域，涉及由斜入射的TM光波在金属纳米颗粒阵列中激发格点阵等离激元，具体是一种横向MIM格点阵等离激元吸收器。

(二)背景技术

等离激元纳米结构由于能将光集中在小区域内，从而大大增强光与物质的相互作用而受到越来越多的关注，单个金属纳米粒子它可以支持局域表面等离激元共振(LSPR)，具有较大的局域场增强。然而，LSPR的等离子体持续时间较短以及低品质因数限制了局域场强度和光与物质相互作用的增强。但由于相邻纳米粒子之间具有很强的耦合，因而由金属纳米粒子阵列支持的格点阵等离激元结合了理想的光子和等离子体特性，在抑制辐射损耗、高品质因数和大体积上显著场增强等方面有非常明显的优势。目前基于等离激元的吸收器在抗反射以及太阳能利用方面有着巨大的潜力，已成为许多课题组的研究对象，而且还具有封装尺寸小、功耗低、易集成等方面优点，在光电和热电产品领域有非常高的应用潜质。

随着社会科学技术的不断进步发展，人们对高科技产品和绿色新能源开发利用的要求不断提高，同时伴随着纳米科技的进步，光子能量与电、热辐射能量的相互转换与应用是光电子学研究领域的主要内容，基于等离激元的吸收器为这种转换与光子能量局部场化提供了新的途径，已经成为微纳光学的重要研究领域。

近年来，等离激元吸收器被提出并加以研究，其许多明显优势吸引着越来越多的研究人员去探索。本发明专利提出了一种新的横向MIM格点阵等离激元吸收器，本横向MIM格点阵等离激元吸收器与其它基于等离激元的吸收器相比有更高的品质因数，可以较为容易地实现静态调谐。工作时仅对特定入射方向的平面光波起作用，可随入射光的入射方向进行动态调谐，并且本横向MIM格点阵等离激元吸收器材料单一，周期性强，具备加工简单的优点。

(三)发明内容

本发明的目的是设计一种横向MIM格点阵等离激元吸收器，在原始的介质基底上对纳米格点阵列的结构进一步的研究，通过改变金属纳米颗粒阵列的周期、金属纳米颗粒的尺寸和斜入射光的入射角度等参数，可以发现此结构能够有效的调节本横向MIM格点阵等离激元吸收器的吸收率、带宽、共振波长等性能。

本发明的目的是设计一种横向MIM格点阵等离激元吸收器，主要由介质基底和具有周期性的金属纳米颗粒阵列构成，每组金属纳米颗粒由两个相对的金长方体块构成，相对的两个金长方体块的中间夹有一层介质，每个金长方体块的几何参数完全相同，相对于介质基底垂直地竖立在其上表面，每组金属纳米颗粒在介质基底上表面沿水平相互垂直的X轴和Y轴成一定周期分布构成金属纳米颗粒阵列，整个结构放置在真空或空气中，入射光为平面波，光源在整个结构的正上方且入射方向与介质基底上平面有一定的夹角，入射光的磁场方向平行于每组金属纳米颗粒中两个金长方体块的宽，入射光的电场方向与介质基底上表面有一定的夹角，且入射方向即波矢k要在特定的斜入射方向上。透射光从金属纳米颗粒阵列下方射出，反射光从金属纳米颗粒阵列上方射出。

所述每组金属纳米颗粒中金长方体块的高度可以任意符合横向MIM格点阵等离激元吸收器工作条件的高度，为了获得吸收器的最佳特性，采用金长方体块高度为260nm。

所述每组金属纳米颗粒中金长方体块的长度可以任意符合横向MIM格点阵等离激元吸收器工作条件的长度，为了获得吸收器的最佳特性，采用金长方体块长度为180nm。