[发明专利]一种非对称表面等离激元模式产生与调控的方法

说明书

本发明公开一种非对称表面等离激元模式产生与调控的方法，步骤为：1)选取金属纳米线作为法布里‑波罗谐振腔；布置类偶极子。2)布置照射金属纳米线和类偶极子的激发光场；3)激发奇宇称模式和偶宇称模式；4)所述金属纳米线利用奇宇称模式和偶宇称模式之间的干涉，产生非对称表面等离激元模式；5)调节奇宇称模式、偶宇称模式的相对幅值关系、相对相位关系，实现对非对称表面等离激元模式的调控。本发明产生的表面等离激元谐振模式，具有强近场单向性、高消光比、大范围的动态可调谐性以及调谐手段灵活等特点，在纳米耦合器、纳米分束器以及高性能传感等方面有着广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及纳米光子学领域，具体是一种非对称表面等离激元模式产生与调控的方法。

背景技术

表面等离激元谐振腔能够实现深亚波长尺度的能量局域并伴有强烈的近场增强。通过对表面等离激元谐振腔中模式的调控，能够在纳米尺度上对强约束的光场进行操控以及在分子乃至原子的尺度上控制光与物质的相互作用。其中，利用表面等离激元调控产生的非对称模式，具备许多新颖的性质，在诸如纳米耦合器、纳米路由器、纳米电机、超灵敏纳米传感器以及纳米激光器等器件方面有着广泛的应用潜力与发展前景。目前，国际上实现非对称表面等离激元谐振腔模的方法，主要包括在几何结构上引入非对称性，在材料组分中引入非对称性以及利用法诺共振或者电磁诱导透明等。然而以上的方法，往往需要依赖复杂的耦合系统，通常包涵多个表面等离激元共振单元，对于结构的制备和加工提出了极高的要求。特别是对于那些依赖几何非对称性的结构而言，大面积的加工很难保证其精度，不利于低成本、大面积的纳米光子器件片上集成。

发明内容

本发明的目的是提供一种非对称表面等离激元模式产生与调控的方法，包括以下步骤：

1)选取金属纳米线作为法布里-波罗谐振腔。

布置类偶极子，令类偶极子的偶极矩方向与金属纳米线的长轴方向相互垂直。

类偶极子用于与金属纳米线耦合，实现对称性破缺。

2)布置照射金属纳米线和类偶极子的激发光场。所述激发光场包括相互垂直的偏振分量。

所述激发光场中的激发光包括线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光。

3)所述激发光场中与金属纳米线长轴方向平行的偏振分量，通过金属纳米线的两个端面，激发起奇宇称模式。

所述激发光场中与金属纳米线长轴方向垂直的偏振分量激发类偶极子，令类偶极子与金属纳米线发生耦合，从而激发起偶宇称模式。

在奇宇称模式下，金属纳米线的电场分布具有sin(βz)·e^-iωt的形式。β是纳米线中导模的传播常数，ω是激发光的角频率。t是时间。z是坐标。

在偶宇称模式下，金属纳米线的电场分布具有的形式。β是纳米线中导模的传播常数，ω是激发光的角频率。t是时间。z是坐标。是奇宇称与偶宇称模式间的相位差。

宇称表示横向电场分量相对于z＝0平面的对称性。奇宇称表示横向电场分量关于z＝0平面奇对称。偶宇称表示横向电场分量关于z＝0平面偶对称。

4)所述金属纳米线利用奇宇称模式和偶宇称模式之间的干涉，产生非对称表面等离激元模式。

若奇宇称模式、偶宇称模式的相位相同、幅值相同或相近，则在z0方向产生相长干涉，在z0方向产生相消干涉，从而产生前向的非对称表面等离激元模式。幅值相近指奇宇称模式、偶宇称模式的幅值之差小于预设阈值ε。

当奇宇称模式、偶宇称模式的相位相反、幅值相同或相近，则在z0方向产生相长干涉，在z0方向产生相消干涉，从而产生反向的表面等离激元模式。

5)调节奇宇称模式、偶宇称模式的相对幅值关系、相对相位关系，实现对非对称表面等离激元模式的调控。