基于二次谐波的完美磁偶极/电偶极纳米天线的制作方法技术

本发明专利技术公开了一种基于二次谐波的完美磁偶极/电偶极纳米天线的制作方法，属于纳米光子技术领域。该纳米天线的制作方法包括制作金属‑电介质‑金属经典三明治结构的纳米天线；利用激光垂直入射所述的纳米天线的底面，产生激光泵浦；通过激光泵浦产生的二次谐波的非线性响应产生完美磁偶极散射；步骤S2的基础上，通过调整入射偏振与电介质层的x轴之间的夹角，产生完美电偶极散射。本发明专利技术的纳米天线通过调整入射偏振来控制二次谐波发射，进而在不同波长位置处实现99.2％的完美磁偶极和完美电偶极散射。优化后的杂化纳米盘二聚体结构制作简单，且能有效聚集入射场能量，增强二次谐波的转化效率，减小模式体积。

【技术实现步骤摘要】
基于二次谐波的完美磁偶极/电偶极纳米天线的制作方法
本专利技术涉及纳米光子
，具体涉及一种基于二次谐波的完美磁偶极/电偶极纳米天线的制作方法。
技术介绍
纳米光学天线可以在亚波长范围内对光进行调控，从而实现光信息在纳米尺度上的处理和传播。目前研究的纳米天线主要是基于表面等离子体共振的金属纳米天线，其产生完美磁偶极/电偶极散射的核-壳结构复杂，对加工技术的要求也较高，因而如何高效准确地加工各种材料也成为制作纳米天线的关键。纳米天线作为电磁波的媒介，可以实现电磁波和局域场之间的相互转换。传统的纳米天线利用线性光学响应产生磁偶极共振，实现完美磁偶极散射，但其在过程中会产生很大的背景光场，对完美磁偶极的形成产生影响。因而非线性光学效应引起了广大研究者的关注。光谐波产生用于将光从一个波长转换为另一个较短波长(即频率更高)。例如，二次谐波产生(Second-HarmonicGeneration：SHG)可以将近红外光处调整到可见光/紫外光波段范围内。现今倍频光常被用于产生三倍频光、光泵浦(OpticalPumping)等诸如此类等领域。然而，常规非线性材料组成纳米颗粒所产生的二次谐波对光与物质相互作用非常弱，因此开发纳米级增强SHG的可靠方法非常重要。表面等离子体作为在金属与介质的交界面处传播的一种表面电磁波，具有传播方向上波矢量大于光波矢量且在垂直传播方向上是消逝场的特性。利用表面等离子体可以在亚波长范围内对光控制和操纵，利用空间等离子体产生非线性效应可有效增强光与物质的相互作用，减少背景光场的影响，更有利于实现完美磁偶极散射。因此基于表面等离激元材料的纳米天线的研究具有重要的研究价值。由于金属纳米颗粒的折射率具有虚部大的特性，会导致其在近红外/可见光范围内产生较大损耗，进而限制金属结构在光波段的性能和应用。作为对比，具有高折射率的介质纳米材料在近红外/可见光范围内能显著降低光学损耗，并激发强磁共振，可以产生大模量的非线性光学响应。使用金属-电介质-金属的杂化纳米盘二聚体结构，由于其强共振模式响应的耦合作用可以在宽光谱范围内调控。相对于等离激元体系，高折射率电介质纳米结构虽然具有更高的二次谐波转换效率，但其一般具有很大的模式体积，这使得增强二次谐波发射的电介质体积较大，不利于设计具有超高集成度的非线性纳光子器件。此外，基于高折射率电介质纳米天线在谐波波长处具有非常复杂的多级散射贡献，这使得其二次谐波远场发射空间分布也会非常复杂，很难实现对非线性远场发射的可控调制。因而，如何实现具有超小模式体积的纳米天线获得增强二次谐波转换效率，同时其远场发射具有低阶散射(对磁偶极/电偶极)特征，是推动高集成度非线性纳光子器件的关键。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中的问题，提出一种基于二次谐波的完美磁偶极/电偶极纳米天线设计方法，即采用高折射率介电材料以及调节非线性光学远场，在不同波长位置处产生完美磁偶极和完美电偶极散射，增强二次谐波的转化效率并减小模式体积，为提高纳米光子器件的集成度、降低器件尺寸和成本具有重要的研究和应用价值。本专利技术提供了一种基于二次谐波的完美磁偶极/电偶极纳米天线的制作方法，包括以下步骤：S1、制作金属-电介质-金属经典三明治结构的纳米天线；S2、利用激光垂直入射步骤S1所述的纳米天线的底面，产生激光泵浦；S3、通过激光泵浦产生的二次谐波的非线性响应产生完美磁偶极散射；S4、步骤S2的基础上，通过调整入射偏振与电介质层的x轴之间的夹角，产生完美电偶极散射。较佳地，入射偏振与电介质层的x轴之间的夹角为，时，且当入射光波长λ＝1080nm时，磁偶极子贡献率达到最大。较佳地，入射偏振与电介质层的x轴之间的夹角时，非线性电偶极子贡献率达到最大。较佳地，电介质材料为砷化铝镓(AlGaAs)或砷化镓(GaAs)。较佳地，金属材料为金或银。较佳地，金属-电介质-金属经典三明治结构的纳米天线是采用传统纳米天线的制作方法，通过在基底上镀膜、刻蚀制作而成。较佳地，金属-电介质-金属经典三明治结构为盘型、棒型或交叉棒型。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术克服了现有技术中传统矢量光场的激发方法对入射光场与纳米天线空间的匹配度要求较高且难以实现等缺陷，提出了一种基于二次谐波的完美磁偶极/电偶极纳米天线的制作方法。该纳米天线采用金属-电介质-金属经典三明治结构设计，利用非线性二次谐波理论，通过改变入射光场的偏振方向实现完美的磁偶极/电偶极共振，增强了二次谐波的转换效率，减小了模式体积，同时通过优化杂化纳米盘的模式匹配也可以有效实现非线性远场操纵。此外，本专利技术对在纳米尺度上增强光与物质相互作用具有重要意义，也在设计紧凑的超快非线性纳米光子器件上具有的科学理论意义和研究价值。本专利技术基于金属-电介质-金属的经典三明治结构，提出杂化纳米盘的优化方案，即通过调整入射偏振来控制二次谐波发射，进而在不同波长位置处实现99.2％的完美磁偶极和完美电偶极散射。优化后的杂化纳米盘二聚体结构制作简单，且能有效聚集入射场能量，增强二次谐波的转化效率，减小模式体积。附图说明图1为本专利技术Au/AlGaAs/Au结构纳米天线原理图；图2为本专利技术φ＝0°时杂化夹心NP的SHG散射谱和多级膨胀光谱；图3为本专利技术φ＝0°时MD对杂化夹心NP的SHG贡献；图4为本专利技术φ＝45°时杂化夹心NP的SHG散射谱和多级膨胀光谱。具体实施方式下面结合实例和附图，对本专利技术的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本专利技术的保护范围并不受具体实施方式的限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供的一种基于二次谐波的完美磁偶极/电偶极纳米天线的制作方法，包括以下步骤：S1、制作金属-电介质-金属经典三明治结构的纳米天线；S2、利用激光垂直入射步骤S1所述的纳米天线的底面，产生激光泵浦；S3、通过激光泵浦产生的二次谐波的非线性响应产生完美磁偶极散射；S4、步骤S2的基础上，通过调整入射偏振与电介质层的x轴之间的夹角，产生完美电偶极散射。其中，入射偏振与电介质层的x轴之间的夹角为，时，且当入射光波长λ＝1080nm时，磁偶极子贡献率达到最大。其中，入射偏振与电介质层的x轴之间的夹角时，非线性电偶极子贡献率达到最大。其中，电介质材料为砷化铝镓(AlGaAs)或砷化镓(GaAs)。其中，金属材料为金或银。其中，金属-电介质-金属经典三明治结构的纳米天线是采用传统纳米天线的制作方法，通过在基底上镀膜、刻蚀制作而成。其中，金属-电介质-金属经典三明治结构为盘型、棒型或交叉棒型。基于上述杂化纳米盘二聚体结构，通过调整入射光的偏振角度，利用电偶极和磁偶极共振的耦合作用，在宽光谱范围内实现了99.2％的磁偶极散射，并观察到理想的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于二次谐波的完美磁偶极/电偶极纳米天线的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、制作金属-电介质-金属经典三明治结构的纳米天线；/nS2、利用激光垂直入射步骤S1所述的纳米天线的底面，产生激光泵浦；/nS3、通过激光泵浦产生的二次谐波的非线性响应产生完美磁偶极散射；/nS4、步骤S2的基础上，通过调整入射偏振与电介质层的x轴之间的夹角，产生完美电偶极散射。/n

【技术特征摘要】
1.基于二次谐波的完美磁偶极/电偶极纳米天线的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、制作金属-电介质-金属经典三明治结构的纳米天线；
S2、利用激光垂直入射步骤S1所述的纳米天线的底面，产生激光泵浦；
S3、通过激光泵浦产生的二次谐波的非线性响应产生完美磁偶极散射；
S4、步骤S2的基础上，通过调整入射偏振与电介质层的x轴之间的夹角，产生完美电偶极散射。


2.如权利要求1所述的基于二次谐波的完美磁偶极/电偶极纳米天线的制作方法，其特征在于，所述入射偏振与电介质层的x轴之间的夹角为，时，且当入射光波长λ＝1080nm时，磁偶极子贡献率达到最大。


3.如权利要求1所述的基于二次谐波的完美磁偶极/电偶极纳米天线的制作方法，其特征在于，所述入射偏振...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘绍鼎，杨敏，胡红刚，刘杰，岳鹏，白雅婷，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14