一种基于周期性亚波长孔阵列的表面等离子体光开关制造技术

本发明专利技术提供一种基于周期性亚波长孔阵列的表面等离子体光开关，该光开关是由电介质基底和位于电介质基底上的金属薄膜构成的微纳结构，金属薄膜的材料为可产生表面等离子体的金属材料。金属薄膜上设有多个相同的孔，各个孔周期性排列形成阵列。孔上设置有内尖端、外尖端，外尖端包括相对设置的第一外尖端、第二外尖端，内尖端包括相对设置的第一内尖端、第二内尖端，两外尖端均为背向孔的中心方向延伸的尖端，两内尖端均为朝向孔的中心方向延伸的尖端。本发明专利技术的器件仅由电介质基底和具有孔阵列的金属薄膜组成，尺寸小，结构简单；另外，只需改变入射光的偏振方向，便可控制近红外光的开关，操作方便，无泵浦光对信号光及后续光路的干扰。

A surface plasmon optical switch based on periodic subwavelength hole arrays

The invention provides a surface plasmon optical switch of periodic subwavelength hole arrays based on the optical switch is the micro nano structure composed of dielectric substrate and dielectric substrate in metal film, metal film material for metal materials can produce surface plasmons. A plurality of identical holes are arranged on the metal film, and each hole is arranged periodically to form an array. The hole is arranged on the inner and outer tip tip, the outer tip includes a first outer tip and the second tip arranged relatively, in the first tip, tip includes second oppositely arranged inside the tip two tip is extended to the direction of the center hole of the back tip two tip are extended towards the direction of the center hole the tip. The device of the invention, only by the dielectric substrate and metal film with hole arrays of small size, simple structure; in addition, only need to change the polarization direction of the incident light, the switch can control the near-infrared light has the advantages of convenient operation, no interference of signal light and pump light on the subsequent optical path.

【技术实现步骤摘要】
一种基于周期性亚波长孔阵列的表面等离子体光开关
本专利技术涉及微纳光子器件领域，具体涉及一种基于周期性亚波长孔阵列的表面等离子体光开关。
技术介绍
随着社会进步，电子器件已经很难满足人们对信息传输速度和存储量的需求，于是部分研究者们将目光转向了光子器件。由于存在衍射极限这一难题，使得光子器件无法小型化和集成化，极大限制了光子器件在信息领域的应用。表面等离子体(SurfacePlasmon,SP)具有亚波长、电场局域以及局域场增强等优良特性，为解决这一难题提供了一种有效的方法。利用SP，人们设计并实现了许多微纳光子器件，其中表面等离子体光开关是通过控制外部因素改变开关中SP的激发或传输，进而调控光的有无强弱，从而实现对光的开关操作。相对于传统的光开关，表面等离子体光开关可在小于衍射极限尺度内实现对光的控制，从而在纳米尺度上实现光开关的集成。近年来，随着各种微纳制备技术的日渐成熟，众多表面等离子体光开关被先后实现。例如，PalaRA等人在电介质基底上的金属薄膜表面添加光致变色分子层，并在金属薄膜中设置了两个光栅，利用泵浦光照射光致变色分子层，实现了一个表面等离子体激元波导光开关；VeronisG等人通过在波导中设置一个半导体增益介质矩形腔，实现了一个由外界泵浦光控制的金属-空气-金属波导表面等离子体光开关。正如上述所列举的现行的表面等离子体光开关都存在结构复杂，难以集成的问题，并且由于需要外界泵浦光控制，因而不可避免的存在泵浦光对信号光路及后续光路的干扰。本申请的
技术介绍
文件为：(1)PalaRA,ShimizuKT,MeloshNA,etal.Anonvolatileplasmonicswitchemployingphotochromicmolecules[J].Nanoletters,2008,8(5):1506-1510；(2)VeronisG,YuZF,KocabasSE,etal.Metal-dielectric-metalplasmonicwaveguidedevicesformanipulatinglightatthenanoscale[J].ChineseOpticsLetters,2009,7(4):302-308。
技术实现思路
本专利技术需要解决的是现有表面等离子体光开关结构复杂和泵浦光干扰的问题，提供一种结构简单且无泵浦光干扰的表面等离子体光开光。本专利技术通过以下技术方案解决上述问题：一种基于周期性亚波长孔阵列的表面等离子体光开关，所述表面等离子体光开关为微纳结构，所述表面等离子体光开关由电介质基底和位于电介质基底上的金属薄膜构成，所述金属薄膜的材料为可产生表面等离子体的金属材料，其特征在于：所述金属薄膜上设有多个相同的孔，各个所述孔周期性排列形成阵列，所述孔上设置有内尖端、外尖端，所述外尖端包括相对设置的第一外尖端、第二外尖端，所述第一外尖端、第二外尖端均为背向孔的中心方向延伸的尖端，所述内尖端包括相对设置的第一内尖端、第二内尖端，所述第一内尖端、第二内尖端均为朝向孔的中心方向延伸的尖端。本专利技术中，所述外尖端、内尖端的设置依据如下：垂直于入射光偏振方向分布的外尖端上的局域表面等离子体共振最强，平行于入射光偏振方向分布的外尖端上几乎没有产生局域表面等离子体共振；垂直于入射光偏振方向分布的内尖端上几乎没有产生局域表面等离子体共振，平行于入射光偏振方向分布的内尖端上的局域表面等离子体共振最强。本专利技术通过改变入射光的偏振方向，实现对近红外光的开关控制。入射光的偏振方向沿着阵列周期方向变化，当尖端垂直于入射光偏振方向分布时，外尖端上的局域表面等离子体(LocalizedSurfacePlasmon,LSP)共振最强，而内尖端上几乎没有形成LSP共振；当尖端平行于入射光偏振方向分布时，内尖端上的LSP共振最强，而外尖端上几乎没有形成LSP共振。该专利技术通过改变入射光的偏振方向，进而改变单元结构上发生LSP共振的尖端数量，从而使周期性圆四尖端孔阵列红外波段的透射率发生改变，实现对近红外光的开关控制。进一步地，所述第一外尖端、第二外尖端均由圆周背向所述圆周的圆心方向延伸，所述第一内尖端、第二内尖端均由所述圆周朝向所述圆周的圆心方向延伸，第一外尖端、第一弧、第一内尖端、第三弧、第二外尖端、第二弧、第二内尖端、第四弧首尾相接构成所述孔，所述第一弧、第二弧、第三弧、第四弧均位于所述圆周上。由于本专利技术在纳米量级制作，因此采用整体成圆形的孔的制作难度最小，采用别的形状的孔会大大增加制作光开关的难度。进一步地，所述第一外尖端和第二外尖端均沿横向阵列周期方向分布，所述第一内尖端和第二内尖端均沿纵向阵列周期方向分布；优选所述第一外尖端是以第一外尖端的尖端端点和第二外尖端的尖端端点之间的直线连线为对称轴的对称结构且第二外尖端是以第一外尖端的尖端端点和第二外尖端的尖端端点之间的直线连线为对称轴的对称结构，优选所述第一内尖端是以所述第一内尖端的尖端端点和第二内尖端的尖端端点之间的直线连线为对称轴的对称结构且第二内尖端是以所述第一内尖端的尖端端点和第二内尖端的尖端端点之间的直线连线为对称轴的对称结构。通过设置第一外尖端、第二外尖端均以第一外尖端、第二外尖端的尖端端点之间的直线连线为对称轴的对称结构，第一内尖端、第二内尖端均以第一内尖端、第二内尖端的尖端端点之间的直线连线为对称轴的对称结构，使得表面等离子光开关的效果更好。进一步地，所述第一外尖端的尖端端点和第二外尖端的尖端端点之间的直线连线与所述第一内尖端的尖端端点和第二内尖端的尖端端点之间的直线连线相互垂直。通过设置第一外尖端、第二外尖端的尖端端点的连线与所述第一内尖端、第二内尖端的尖端端点的连线相互垂直，可以通过改变入射光的偏振方向，使得外尖端和内尖端上产生的局域表面等离子体共振同时最强或同时最弱，实现更好的光开关的效果。进一步地，所述第一外尖端、第二外尖端以第一内尖端的尖端端点和第二内尖端的尖端端点之间的直线连线为轴相互对称，所述第一内尖端、第二内尖端以第一外尖端的尖端端点和第二外尖端的尖端端点之间的直线连线为轴相互对称。通过设置第一外尖端、第二外尖端相互对称，且设置第一内尖端、第二内尖端相互对称，可以在改变入射光的偏振方向时，使局域表面等离子体共振的强度及产生共振尖端的个数变化最大，从而使表面等离子光开关的效果更好。进一步地，所述圆周的直径为334nm-374nm。进一步地，外尖端和内尖端的角度优选为30°-53°，所述第一外尖端与所述圆周的交点之间的距离、所述第二外尖端与所述圆周的交点之间的距离、所述第一内尖端与所述圆周的交点之间的距离和所述第二内尖端与所述圆周的交点之间的距离均优选为70nm-110nm。进一步地，所述孔的数量不小于9，各个所述孔形成的阵列的形状优选为正方形或长方形，阵列周期长度优选为500nm-700nm。为了使加工简易，优选的孔阵列的形状为正方形或长方形。阵列周期包括横向阵列周期、纵向阵列周期。进一步地，所述电介质基底的电介质的材料为石英或苯并环丁烯，优选石英；所述电介质的厚度优选为175nm-225nm。为了加工的方便，优选的电介质的材料为石英；进一步地，所述金属薄膜的材料为银或金，优选银；所述金属薄膜的厚度优选为50nm-150nm。为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于周期性亚波长孔阵列的表面等离子体光开关，所述表面等离子体光开关为微纳结构，所述表面等离子体光开关由电介质基底(1)和位于电介质基底(1)上的金属薄膜(2)构成，所述金属薄膜(2)的材料为可产生表面等离子体的金属材料，其特征在于：所述金属薄膜(2)上设有多个相同的孔(3)，各个所述孔(3)周期性排列形成阵列；所述孔(3)上设置有内尖端、外尖端，所述外尖端包括相对设置的第一外尖端(31)、第二外尖端(32)，所述第一外尖端(31)、第二外尖端(32)均为背向孔的中心方向延伸的尖端，所述内尖端包括相对设置的第一内尖端(33)、第二内尖端(34)，所述第一内尖端(33)、第二内尖端(34)均为朝向孔的中心方向延伸的尖端。

【技术特征摘要】
1.一种基于周期性亚波长孔阵列的表面等离子体光开关，所述表面等离子体光开关为微纳结构，所述表面等离子体光开关由电介质基底(1)和位于电介质基底(1)上的金属薄膜(2)构成，所述金属薄膜(2)的材料为可产生表面等离子体的金属材料，其特征在于：所述金属薄膜(2)上设有多个相同的孔(3)，各个所述孔(3)周期性排列形成阵列；所述孔(3)上设置有内尖端、外尖端，所述外尖端包括相对设置的第一外尖端(31)、第二外尖端(32)，所述第一外尖端(31)、第二外尖端(32)均为背向孔的中心方向延伸的尖端，所述内尖端包括相对设置的第一内尖端(33)、第二内尖端(34)，所述第一内尖端(33)、第二内尖端(34)均为朝向孔的中心方向延伸的尖端。2.根据权利要求1所述的一种基于周期性亚波长孔阵列的表面等离子体光开关，其特征在于：所述第一外尖端(31)、第二外尖端(32)均由圆周背向所述圆周的圆心方向延伸，所述第一内尖端(33)、第二内尖端(34)均由所述圆周朝向所述圆周的圆心方向延伸，第一外尖端(31)、第一弧(41)、第一内尖端(33)、第三弧(43)、第二外尖端(32)、第二弧(42)、第二内尖端(34)、第四弧(44)首尾相接构成所述孔(3)，所述第一弧(41)、第二弧(42)、第三弧(43)、第四弧(44)均位于所述圆周上。3.根据权利要求2所述的一种基于周期性亚波长孔阵列的表面等离子体光开关，其特征在于：所述第一外尖端(31)和第二外尖端(32)均沿横向阵列周期方向分布；所述第一内尖端(33)和第二内尖端(34)均沿纵向阵列周期方向分布；优选所述第一外尖端(31)是以第一外尖端(31)的尖端端点和第二外尖端(32)的尖端端点之间的直线连线为对称轴的对称结构且第二外尖端(32)是以第一外尖端(31)的尖端端点和第二外尖端(32)的尖端端点之间的直线连线为对称轴的对称结构；优选所述第一内尖端(33)是以所述第一内尖端(33)的尖端端点和第二内尖端(34)的尖端端点之间的直线连线为对称轴的对称结构且第二内尖端(34)是以所述第一内尖端(33)的尖端端...

【专利技术属性】
技术研发人员：王新林，盛佳兵，孙太明，邓志象，陈志勇，朱卫华，郭玮，
申请(专利权)人：南华大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43