一种用于聚焦太赫兹波的混合牛眼天线及其工作方法技术

本发明专利技术公开了一种用于聚焦太赫兹波的混合牛眼天线及其工作方法，包括基底、金属薄膜以及中心孔；所述基底上布设有一层金属薄膜，所述金属薄膜中心位置上开设有中心孔；所述中心孔内固定有硅柱，所述硅柱上还固定有金属半球；入射光源位于所述金属半球的一侧；本发明专利技术引入半球粒子的混合牛眼天线，具有高增益、体积小、高信噪比、对入射光的偏振方向不敏感的优点。优点。优点。

【技术实现步骤摘要】
一种用于聚焦太赫兹波的混合牛眼天线及其工作方法


[0001]本专利技术涉及太赫兹超材料
，特别是涉及一种用于聚焦太赫兹波的混合牛眼天线及其工作方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提到了与本专利技术相关的
技术介绍
，并不必然构成现有技术。
[0003]根据经典电磁理论，光的透射率与孔径与波长之比的四次方成正比。为了打破传统光学的衍射限制，人们设计复杂超材料结构来实现异常光学透射(EOT)。表面等离激元(SPPs)是入射光子与金属的表面等离子体相互作用而产成的混合激发态，科学界普遍认为SPPs对实现EOT现象起了关键作用。局部表面等离激元共振(LSPRs)是金属内部电荷在光的激发下产生局部振荡，这种振荡能够协助光的透射传输，使得透射率大幅提升。在一定条件下，SPPs和LSPRs发生耦合，能够有效增加透射率和增强局部电场，进一步增强EOT现象。
[0004]牛眼结构是一种由周期性凹槽包围的阵列结构，能够把入射光转化为在金属表面的SPPs，将很大范围的入射电磁波汇聚到一个小的范围。对牛眼结构的中心孔改进形成的混合牛眼天线，可以实现SPPs和LSPRs的耦合，进一步实现透射增强。混合牛眼天线在实现局部透射增强方面具有很大的成效，其主要应用是光电探测器。光电探测器可以吸收光子将其转化为电信号，是目标探测、光电传感等应用的核心元件。然而目前在太赫兹波段牛眼天线实现的透射增强较小、相应器件尺寸较大。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种用于聚焦太赫兹波的混合牛眼天线及其工作方法，本专利技术引入半球粒子的混合牛眼天线，具有高增益、体积小、高信噪比、对入射光的偏振方向不敏感的优点。
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种用于聚焦太赫兹波的混合牛眼天线，包括基底、金属薄膜以及中心孔；所述基底上布设有一层金属薄膜；
[0007]所述金属薄膜上开设有多个均匀、周期性排列的环形凹槽，所述金属薄膜中心位置上开设有中心孔；所述中心孔内固定有硅柱，所述硅柱上还固定有金属半球；入射光源位于所述金属半球和所述环形凹槽的一侧。
[0008]进一步地，所述环形凹槽与中心孔同圆心。
[0009]进一步地，所述中心孔的圆心距离第一层所述环形凹槽的距离是50
‑
70um。
[0010]进一步地，所述环形凹槽的周期距离是50
‑
65um。
[0011]进一步地，所述中心孔的高度与所述金属薄膜的高度一致。
[0012]进一步地，所述金属薄膜的高度与所述硅柱的高度一致。
[0013]进一步地，所述硅柱为圆柱体形状的硅柱。
[0014]进一步地，所述硅柱与所述金属半球的直径一致。
[0015]进一步地，所述金属薄膜采用金材料制成。
[0016]进一步地，所述金属半球采用金材料制成。
[0017]第二方面，本专利技术提供了如第一方面所述一种用于聚焦太赫兹波的混合牛眼天线的工作方法，包括：
[0018]沿任意方向偏振的平面波，在具有凹槽的一面垂直于混合牛眼天线表面入射，实现平面波的透射。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0020]本专利技术引入半球粒子，配合周期性排列的环形凹槽，太赫兹波从有周期性排列的环形凹槽和金属半球结构一侧入射。中心孔到第一层凹槽的距离影响了SPPs与金属凹槽作用后的在中心孔位置处的光程差，由于入射平面电磁波波矢方向垂直于混合牛眼天线表面，所以这个距离约等于共振波长的大小。单独的金属半球粒子会与中心孔狭缝产生LSPRs。当SPPs的共振波长大小等于LSPRs的共振波长时，两种共振模式会发生强烈耦合，极大的增强中心孔的归一化透射。这种EOT效应可用于光电探测器，增加中心孔下方有源区的光吸收。对于凹槽数不同的两种牛眼结构，混合牛眼结构的透射增强都显著高于传统牛眼结构的透射增强。混合牛眼天线可实现的最大透射增强峰值为556，而传统牛眼天线可实现的最大透射增强峰值为102，故改进后的结构可实现的峰值约为传统结构的5.5倍。
附图说明
[0021]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0022]图1为本专利技术实施例中混合牛眼天线的结构示意图；
[0023]图2为本专利技术实施例中混合牛眼天线中心孔位置的结构示意图；
[0024]图3为本专利技术实施例中混合牛眼天线的剖面图；
[0025]图4为本专利技术实施例中混合牛眼天线与传统牛眼天线的透射增强谱对比示意图；
[0026]图5为本专利技术实施例中牛眼天线和只有中心孔结构的牛眼天线的透射增强谱对比示意图；
[0027]图6为本专利技术实施例中混合牛眼天线和传统牛眼天线的透射增强峰值对N的变化的示意图；
[0028]图中：1
‑
环形凹槽；2
‑
金属薄膜；3
‑
基底；4
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金属半球；5
‑
硅柱。
具体实施方式
[0029]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0030]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0031]本专利技术中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体的连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于
本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本专利技术中的具体含义，不能理解为对本专利技术的限制。
[0032]在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0033]实施例一
[0034]如图1
‑
图6所示，本实施例公开了一种用于聚焦太赫兹波的混合牛眼天，包括基底3、金属薄膜2以及中心孔；所述基底上布设有一层金属薄膜2；金属薄膜高度为5
‑
10um；
[0035]所述金属薄膜2上开设有多个均匀、周期性排列的环形凹槽1，所述金属薄膜2中心位置上开设有中心孔；所述中心孔内固定有硅柱5，所述硅柱5上还固定有金属半球4；入射光源位于所述金属半球4和所述环形凹槽1的一侧。
[0036]具体地，所述环形凹槽与中心孔同圆心，所述环形凹槽的高度为1
‑
8um，宽度为15
‑
40um。
[0037]所述中心孔的圆心距离第一层所述环形凹槽的距离是50
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于聚焦太赫兹波的混合牛眼天线，其特征在于，包括基底、金属薄膜以及中心孔；所述基底上布设有一层金属薄膜；所述金属薄膜上开设有多个均匀、周期性排列的环形凹槽，所述金属薄膜中心位置上开设有中心孔；所述中心孔内固定有硅柱，所述硅柱上还固定有金属半球；入射光源位于所述金属半球和所述环形凹槽的一侧。2.如权利要求1所述的一种用于聚焦太赫兹波的混合牛眼天线，其特征在于，所述环形凹槽与中心孔同圆心。3.如权利要求2所述的一种用于聚焦太赫兹波的混合牛眼天线，其特征在于，所述中心孔的圆心距离第一层所述环形凹槽的距离是50
‑
70um。4.如权利要求3所述的一种用于聚焦太赫兹波的混合牛眼天线，其特征在于，所述环形凹槽的周期距离是50
‑
65um。5.如权利要求1所述的一种用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：时彦朋，孙明琪，宋金梅，李美坪，史胜男，张珊，刘笑宇，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：