[实用新型]一种金属层尖端楔形化的柱型等离激元纳米聚焦探针

说明书

本实用新型揭示了一种金属层尖端楔形化的柱型等离激元纳米聚焦探针，该探针结构为柱对称结构，由内向外依次包括Si介质光纤、SiO₂等厚介质膜及贵金属膜，三者末端均为半球状，其中Si介质光纤和SiO₂等厚介质膜末端共球心，贵金属膜末端球心在Si介质光纤和SiO₂等厚介质膜球心之下h处，贵金属膜厚度沿SiO₂等厚介质膜表面向探针尖端逐渐减小至贵金属膜的最薄厚度t_m。该探针突破了衍射极限，实现了纳米尺寸的高强度光学聚焦，最大限度减小了外界环境和污染对纳米聚焦特性的影响，且简易结构与强机械硬度易于生产制造及使用，在近场光学成像，纳米光学传感，增强等离激元与物质相互作用等诸多方面有着广泛的应用前景。

技术领域

本实用新型涉及一种金属层尖端楔形化的柱型等离激元纳米聚焦探针，可用于光通信、集成光学等技术领域。

背景技术

表面等离激元是光与电子相互作用激发负折射率材料表面的自由电子气的集体震荡。由于其在纳米尺度对光场优良的调控能力，使得以表面等离激元光子器件为载体，构建光子芯片成为可能。

纳米聚焦是表面等离激元的重要特性之一，光在锥形金属纳米结构中激发表面等离激元，在其传播过程中，电场能量在金属尖端高度汇聚，得到亚波长尺寸的聚焦光斑，可实现对分子的远程激发及高灵敏度的光谱检测，在近场光学成像，纳米光学传感，增强等离激元与物质相互作用等诸多方面有着广泛的应用前景。

在此基础上，研究人员采用混合等离激元结构与径向偏振光照明提高了表面等离激元的激发效率，降低了其传输过程中金属层的欧姆热损耗，增强了器件的纳米聚焦效应。但大部分纳米聚焦器件结构复杂，需要较高的纳米制造工艺，且实际使用易损易坏，在结构和性能的权衡及实用性方面，还有较大的优化空间。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提出一种金属层尖端楔形化的柱型等离激元纳米聚焦探针。

本实用新型的目的将通过以下技术方案得以实现：一种金属层尖端楔形化的柱型等离激元纳米聚焦探针，该探针结构为柱对称结构，由内向外依次包括Si介质光纤、SiO₂等厚介质膜及贵金属膜，Si介质光纤、SiO₂等厚介质膜及贵金属膜的末端均为半球状，其中Si介质光纤和SiO₂等厚介质膜末端共球心，贵金属膜末端球心在Si介质光纤和SiO₂等厚介质膜球心之下h处，贵金属膜厚度沿SiO₂等厚介质膜表面向探针尖端逐渐减小至贵金属膜的最薄厚度t_m。

优选地，所述Si介质光纤半径为R₁，R₁＝916nm；SiO₂等厚介质膜半径为R₂， R₂＝1000nm；贵金属膜半径为R₃，R₃＝1085nm，SiO₂等厚介质膜厚度为t₁，t₁＝84nm，贵金属膜厚度为t₂，t₂＝85nm。

优选地，所述Si介质光纤为高折射率介质，折射率n₁＝3.445；SiO₂等厚介质膜为低折射率介质，折射率n₂＝1.445。

优选地，所述Si介质光纤和SiO₂等厚介质膜末端的球心为O₁，贵金属膜末端球心为O₂，球心O₁在贵金属膜末端球心O₂之上高h处，h为80nm，贵金属膜的最薄厚度t_m为 5nm。

优选地，所述贵金属膜厚度t₂的取值范围为81nm≤t₂≤91nm。