透射型紫外SP定向传输结构及其设计方法技术

本发明专利技术公开一种透射型紫外SP定向传输结构及其设计方法，该结构包括：衬底，设于衬底上表面的金属薄膜，在金属薄膜上设有纳米狭缝，在纳米狭缝的一侧设有金属凹槽；纳米狭缝的宽度W

Transmission type UV SP directional transmission structure and its design method

【技术实现步骤摘要】
透射型紫外SP定向传输结构及其设计方法
本专利技术属于紫外SP传输
，更具体地，本专利技术涉及一种透射型紫外SP定向传输结构及其设计方法。
技术介绍
现有的表面等离激元(SurfacePlasmon，SP)光子学研究多涉及可见光或者红外波段。近年来随着研究的不断深入，越来越多的研究人员开始关注将SP技术拓展到紫外波段，比如紫外表面增强拉曼散射光谱、紫外高效LED、紫外SP纳米光刻等。由于紫外SP激发效率一直较低，并且传输损耗又大，阻碍了紫外SP技术的发展和应用。
技术实现思路
本专利技术提供一种透射型紫外SP定向传输结构，旨在提高紫外SP的激发强度及传输方向的可控性。为了实现上述目的，一种透射型紫外SP定向传输结构的设计方法，所述方法具体包括如下步骤：S1、基于入射紫外光的波长λ0计算SP波长λsp；S2、基于SP波长λsp确定纳米狭缝的宽度Ws，即Ws＝λsp/2，将纳米狭缝的深度设置为金属薄膜的厚度；S3、基于定向传输方向确定金属凹槽的宽度，当需要紫外SP向金属凹槽背离侧的金属薄膜表面传输时，金属凹槽的宽度Wg为λsp/4的奇数倍，当需要紫外SP向金属凹槽所在侧的金属薄膜表面传输时，金属凹槽宽度Wg为λsp/4的偶数倍；S4、获取不同腔长LFP及不同金属凹槽深度Dg对应的消光比数值，获取消光比数值最大的腔长LFP及金属凹槽深度Dg，即为最佳腔长及最佳凹槽深度，基于最佳腔长确定金属凹槽的宽度Wg；腔长LFP等于纳米狭缝的宽度Ws与金属凹槽的宽度Wg之和，通过调整金属凹槽的宽度Wg来调整腔长LFP。进一步的，在步骤S4之后还包括：S5、当需要紫外SP向金属凹槽所在侧传输时，则在金属凹槽背离侧的金属薄膜上设置Bragg光栅，当需要紫外SP向金属凹槽背离侧传输时，则金属凹槽所在侧的金属薄膜上设置Bragg光栅；Bragg光栅周期Λ＝λB/2·neff，neff为Bragg光栅结构的有效折射率，Bragg光栅的占空比为(Λ-Ws)/Ws，Bragg光栅的深度与金属凹槽的深度Dg相同。进一步的，所述金属薄膜的材料为Al。进一步的，所述金属薄膜层的厚度小于入射波的波长λ0。本专利技术是这样实现的，一种透射型紫外SP定向传输结构，当需要紫外SP向金属凹槽背离侧传输时，所述结构包括：衬底，设于衬底上表面的金属薄膜，在金属薄膜上设有纳米狭缝，在纳米狭缝的一侧设有金属凹槽；纳米狭缝的宽度Ws为入射紫外光波的SP半波长λsp，即Ws＝λsp/2，纳米狭缝的深度Ds与金属薄膜的厚度相等，金属凹槽的深度Dg为10-70nm，凹槽宽度Wg范围为25-205nm，金属凹槽的宽度Wg取λsp/4的奇数倍；当需要紫外SP向金属凹槽所在侧传输时，所述结构包括：衬底，设于衬底上表面的金属薄膜，在金属薄膜上设有纳米狭缝，在纳米狭缝的一侧设有金属凹槽；纳米狭缝的宽度Ws为入射紫外光波的SP半波长λsp，即Ws＝λsp/2，纳米狭缝的深度Ds与金属薄膜的厚度相等，金属凹槽的深度Dg为10-70nm，凹槽宽度Wg范围为25-205nm，金属凹槽宽度Wg取λsp/4的偶数倍。进一步的，当需要紫外SP向金属凹槽背离侧传输时，若入射紫光波的波长为248nm，则狭缝宽度Ws＝λsp/2＝115nm，凹槽深度Dg＝60nm，腔长LFP＝175nm；当需要紫外SP向金属凹槽所在侧传输时，若入射紫光波的波长为248nm，则腔长LFP＝230nm，Ws＝λsp/2＝115nm，凹槽深度Dg＝60nm。进一步的，当需要紫外SP向金属凹槽所在侧传输时，则在金属凹槽背离侧的金属薄膜上设置Bragg光栅；当需要紫外SP向金属凹槽背离侧传输时，则金属凹槽所在侧的金属薄膜上设置Bragg光栅Bragg光栅周期Λ＝λB/2·neff，neff为Bragg光栅结构的有效折射率；Bragg光栅的占空比为(Λ-Ws)/Ws，Bragg光栅的深度与金属凹槽的深度Dg相同。进一步的，所述金属薄膜的材料为Al。进一步的，所述金属薄膜层的厚度小于入射波的波长λ0。本专利技术通过建立背入射时纳米狭缝宽度与紫外SP激发效率的关系模型，给出了利用纳米狭缝和凹槽设计的透射型紫外SP定向传输结构，通过建立基于SP干涉的定向传输模型，提出了SP传输左向/右向调控的方案。附图说明图1为本专利技术实施例提供的通透纳米狭缝的示意图；图2为本专利技术实施例提供的狭缝宽度对SP激发效率的影响及激发效率极小(大)值对应的电场分布，其中(a)为狭缝宽度与激发效率的关系曲线(λ＝248nm)，(b)为狭缝宽度Ws＝230nm的电场分布图，(c)为狭缝宽度Ws＝340nm的电场分布图；图3为本专利技术实施例提供的入射光波长不同时的SP激发效率及电场分布图，其中(a)为狭缝宽度与激发效率关系图，(b)为图(a)中标记点b的电场分布图，(c)为图(a)中标记点c的电场分布图，(d)为图(a)中标记点d的电场分布图，(e)为图(a)中标记点e的电场分布图；图4为本专利技术实施例提供的透射型紫外SP定向传输结构及机理简化过程，其中(a)为结构示意图，(b)为简化过程第一步，(c)为简化过程第二步；图5为本专利技术实施例提供的透射型紫外SP定向传输结构示意图；图6为本专利技术实施例提供的纳米腔长结构优化设计，其中，(a)为纳米腔长对消光比的影响，(b)为图(a)中标记点b的电场分布，(c)为图(a)中标记点c的电场分布，(d)为图(a)中标记点d的电场分布。图7本专利技术实施例提供的凹槽深度优化设计，其中(a)为不同凹槽深度和腔长对消光比影响，(b)为图(a)中A点分别对应的电场分布，(c)为图(a)中B点分别对应的电场分布，(d)为图(a)中Q点分别对应的电场分布；图8为本专利技术实施例提供的基于Bragg光栅的透射型SP定向传输结构示意图；图9为本专利技术实施例提供的Bragg光栅增强SP定向传输特性，其中，(a)为光栅周期对消光比的影响，(b)为光栅周期Λ＝255nm时的电场分布，(c)为有无Bragg光栅的电场截面对比。具体实施方式下面对照附图，通过对实施例的描述，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本专利技术的专利技术构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。背入射时纳米狭缝的SP激发模型为避免狭缝深度过深导致的复杂波导模式，本专利技术将金属薄膜设置成小于入射波长，保证狭缝中只存在波导模式的基模。在这种情况下只需考虑狭缝宽度Ws对激发效率的影响。定义激发效率为SP耦合能量占入射光总能量的比例。图1给出了通透纳米狭缝的示意图(x-z截面)，即在一无限大金属Al薄膜上刻蚀一个通透的狭缝，其宽度用Ws表示，深度(即金属薄膜的厚度)用Ds表示。金属材料选择铝(Al)，具有TM偏振的平面波，利用背入射的方式从金属下表面垂直入射狭缝，将会在Al薄膜上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种透射型紫外SP定向传输结构的设计方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：/nS1、基于入射紫外光的波长λ

【技术特征摘要】
1.一种透射型紫外SP定向传输结构的设计方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：
S1、基于入射紫外光的波长λ0计算SP波长λsp；
S2、基于SP波长λsp确定纳米狭缝的宽度Ws，即Ws＝λsp/2，将纳米狭缝的深度设置为金属薄膜的厚度；
S3、基于定向传输方向确定金属凹槽的宽度，当需要紫外SP向金属凹槽背离侧的金属薄膜表面传输时，金属凹槽的宽度Wg为λsp/4的奇数倍，当需要紫外SP向金属凹槽所在侧的金属薄膜表面传输时，金属凹槽宽度Wg为λsp/4的偶数倍；
S4、获取不同腔长LFP及不同金属凹槽深度Dg对应的消光比数值，获取消光比数值最大的腔长LFP及金属凹槽深度Dg，即为最佳腔长及最佳凹槽深度，基于最佳腔长确定金属凹槽的宽度Wg；
腔长LFP等于纳米狭缝的宽度Ws与金属凹槽的宽度Wg之和，通过调整金属凹槽的宽度Wg来调整腔长LFP。


2.如权利要求1所述透射型紫外SP定向传输结构的设计方法，其特征在于，在步骤S4之后还包括：
S5、当需要紫外SP向金属凹槽所在侧传输时，则在金属凹槽背离侧的金属薄膜上设置Bragg光栅，当需要紫外SP向金属凹槽背离侧传输时，则金属凹槽所在侧的金属薄膜上设置Bragg光栅；
Bragg光栅周期Λ＝λB/2·neff，neff为Bragg光栅结构的有效折射率，Bragg光栅的占空比为(Λ-Ws)/Ws，Bragg光栅的深度与金属凹槽的深度Dg相同。


3.如权利要求1或2所述透射型紫外SP定向传输结构的设计方法，其特征在于，所述金属薄膜的材料为Al。


4.如权利要求1或2所述透射型紫外SP定向传输结构的设计方法，其特征在于，所述金属薄膜层的厚度小于入射波的波长λ0。


5.一种透射型紫外SP定向传输结构，其特征在于，当需要紫外SP向金属凹槽背离侧传输时，所述结构包括：
衬底，设于衬底上表面的金属薄膜，在金属薄膜上设有纳米狭缝，在纳米狭缝的...

【专利技术属性】
技术研发人员：石建平，陈聪，翁朝仓，席建新，陈盼盼，
申请(专利权)人：安徽师范大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34