[发明专利]一种基于金属微纳天线的面内各向异性极化激元器件及其制备方法和激发方法

说明书

本发明涉及一种基于金属微纳天线的面内各向异性极化激元器件及其制备方法和激发方法。该器件包括面内各向异性激元材料薄膜和叠设于面内各向异性激元材料薄膜上的金属微纳天线结构；所述金属微纳天线结构由等离极化激元材料制成。本发明将金属微纳天线与各向异性极化激元材料进行集成，可通过远场激发金属微纳天线的等离极化激元共振，并进一步通过该共振对面内各向异性极化激元进行激发，从而实现极化激元的远场高效激发。

技术领域

本发明属于纳米光子学领域，具体涉及一种基于金属微纳天线的面内各向异性极化激元器件及其制备方法和激发方法。

背景技术

各向异性极化激元具有高光学局域、低阻尼，以及优异的机械、光学和电学可调谐性。材料的极化激元具有各向异性的传播行为，这种行为导致了奇异的电磁场局域现象，从而在纳米光子学和纳米光电子学器件上有着重要的应用潜力。然而，极化激元与自由空间光子的巨大动量失配，使得无法直接采用自由空间光场对极化激元进行激发，限制了其应用和集成。如何实现远场平面波对各向异性极化激元的激发，是目前亟待解决的问题。

针对这个问题，有许多解决方法，例如使用金属探针(tkin J M,Raschke M B.Nano-optical imaging and spectroscopy of order,phases,and domains in complexsolids[J].Advances in Physics,2012,61(6):745-842.；Hillenbrand R,Taubner T,Keilmann F.Phonon-enhanced light-matter interaction at the nanometre scale[J]. Nature,2002,418(6894):159-62.)、非线性波混频技术(Constant T J,Hornett SM,Chang D E,et al.All-optical generation of surface plasmons in graphene[J].Nature Physics,2016,12(2):124-127.)，以及高度集中的电子束等激发手段 (Abajo F JG D.Optical excitations in electron microscopy.Rev.Mod.Phys.82, 209-275[J].Review of Modern Physics,2009,82(1).；García de Abajo,Javier F. MultipleExcitation of Confined Graphene Plasmons by Single Free Electrons[J]. AcsNano,2013,7(12):11409-19.)，然而这些技术的远场激发效率很低，且涉及复杂及体积庞大的设备，只能应用于基础科学研究，很难应用于实际器件的制作和集成。开发一种小型化、高效的面内各向异性极化激元的远场激发技术，对于各向异性极化激元材料的应用极其重要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有远场平面波对各向异性极化激元的激发效率很低，涉及复杂及体积庞大的设备，很难应用于实际器件的制作和集成的缺陷或不足，提供一种基于金属微纳天线的面内各向异性极化激元器件。本发明将金属微纳天线与各向异性极化激元材料进行集成，可通过远场激发金属微纳天线的等离极化激元共振，并进一步通过该共振对面内各向异性极化激元进行激发，从而实现极化激元的远场高效激发。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于金属微纳天线的面内各向异性极化激元器件，包括面内各向异性极化激元材料薄膜和叠设于内各向异性极化激元材料薄膜上的金属微纳天线结构；所述金属微纳天线结构由等离极化激元材料制成。