基于金属等离子体波的阵列化可见光辐射源制造技术

本发明专利技术公开了一种基于金属等离子体波的阵列化可见光辐射源，由N块在两侧均设置有周期化矩形齿结构的金属薄膜构成，N块金属薄膜采用多层等间距水平排布，从而形成垂直方向上的阵列化结构；N+1道圆柱型电子注分别水平注入金属薄膜阵列化结构的上下表面和金属薄膜之间的N

【技术实现步骤摘要】
基于金属等离子体波的阵列化可见光辐射源


[0001]本专利技术属于阵列化可见光辐射源
，更为具体地讲，涉及一种基于金属等离子体波的阵列化可见光辐射源。

技术介绍

[0002]表面等离子体波(SPPs)是由等离子体激元的整体振荡产生的一种电磁波模式，其具有明显的局域性和传播性。通常产生于金属与介质之间的交界面，沿该交界面传播并随着波的传播产生衰减。由于其明显的表面局域性，使之在超精细光刻领域，生物医学领域、亚波长光学、光能源电池、芯片制造等领域产生了极高的应用价值。因此深入研究金属表面等离子体波的激发方式和辐射理论就极为重要。时至今日，随着纳米技术与微纳工艺的进步，也为表面等离子体波的激发结构和辐射结构研究提供了更多的可能。
[0003]在金属上激发表面等离子体波主要可以用平面波和电子注激励。平面波激励理论上需要激发波矢与表面等离子体波波矢匹配，并且平面波的频率与目标表面等离子体波的频率相等。电子注激励又分为垂直激励与水平激励，前者激励起的表面等离子体波频点分散且频谱很宽；若是使用电子运动速度与表面等离子体波相速相同的聚焦电子束激励起的表面等离子体波频点单一，即为相干电磁波且能量更高。同时，由于表面等离子体波的局域性，需要使用特殊的辐射结构将其辐射至自由空间。图1是金属表面等离子体波传统垂直辐射结构的垂直剖面图。如图1所示，传统方式是在垂直于金属薄膜的方向上施加周期性介质或金属结构，将金属表面等离子体波沿垂直方向辐射至自由空间。但该模型的缺点是无法支持阵列化，从而很难提高其金属表面等离子体波的辐射强度。<br/>
技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于金属等离子体波的阵列化可见光辐射源，通过在金属薄膜的两侧设置周期矩形齿结构作为辐射结构，在垂直方向上采用阵列化设置从而实现阵列化可见光辐射源，以提高总体辐射强度。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术基于金属等离子体波的阵列化可见光辐射源，包括N块金属薄膜，每块金属薄膜两侧均设置有金属或介质材料的周期化矩形齿结构作为辐射结构；N块金属薄膜采用多层等间距水平排布，从而形成垂直方向上的阵列化结构；N+1道圆柱型电子注分别水平注入金属薄膜阵列化结构的上下表面和金属薄膜之间的N
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1个间隙，在掠过金属薄膜表面时激励金属等离子体波的奇模式，将金属等离子体波沿水平方向辐射至自由空间。
[0006]本专利技术基于金属等离子体波的阵列化可见光辐射源，由N块在两侧均设置有周期化矩形齿结构的金属薄膜构成，N块金属薄膜采用多层等间距水平排布，从而形成垂直方向上的阵列化结构；N+1道圆柱型电子注分别水平注入金属薄膜阵列化结构的上下表面和金属薄膜之间的N
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1个间隙，在掠过金属薄膜表面时激励金属等离子体波的奇模式，将金属等离子体波沿水平方向辐射至自由空间。本专利技术具有以下有益效果：
[0007]1)本专利技术将现有技术中设置在金属薄膜垂直方向上的辐射结构改为设置在金属薄膜水平方向的两侧，改变可见光辐射方向，从而能够在垂直方向上实现金属薄膜的阵列化，使用多电子注来激发各层金属薄膜上的金属等离子体波，从而有效提高金属激光效率和辐射强度；
[0008]2)本专利技术通过对阵列化结构中金属薄膜的各项参数进行研究，通过金属薄膜的参数来控制金属等离子体波的辐射强度和方向，实现可见光辐射的可控。
附图说明
[0009]图1是金属表面等离子体波传统垂直辐射结构的垂直剖面图；
[0010]图2是本专利技术基于金属等离子体波的阵列化可见光辐射源的具体实施方式结构图；
[0011]图3是本专利技术中单个金属薄膜的俯视图；
[0012]图4是本实施例中反射镜面的应用示意图；
[0013]图5是本实施例中加载介质结构的金属薄膜的色散曲线图；
[0014]图6是本实施例中不同宽度金属薄膜产生金属等离子体波的仿真计算结果图；
[0015]图7是本实施例中周期化矩形齿结构采用不同周期时阵列化可见光辐射源的水平辐射频谱图；
[0016]图8是本实施例中周期化矩形齿结构采用不同周期时阵列化可见光辐射源的Ez分量xoy平面水平辐射等位图；
[0017]图9是本实施例中周期化矩形齿结构采用不同占空比时阵列化可见光辐射源的水平辐射频谱图；
[0018]图10是本实施例中周期化矩形齿结构采用不同矩形齿深度时阵列化可见光辐射源的水平辐射频谱图；
[0019]图11是本实施例中金属薄膜采用不同间距和单层金属薄膜时阵列化可见光辐射源的水平辐射频谱图；
[0020]图12是本实施例中增加反射镜面后多层结构与反射镜之间的谐振效应等位图。
具体实施方式
[0021]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本专利技术。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本专利技术的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
[0022]实施例
[0023]图2是本专利技术基于金属等离子体波的阵列化可见光辐射源的具体实施方式结构图。如图2所示，本专利技术基于金属等离子体波的阵列化可见光辐射源包括N块金属薄膜(图2中N＝4)，每块金属薄膜两侧均设置有金属或介质材料的周期化矩形齿结构作为辐射结构；N块金属薄膜采用多层等间距水平排布，从而形成垂直方向上的阵列化结构；N+1道圆柱型电子注分别水平注入金属薄膜阵列化结构的上下表面和金属薄膜之间的N
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1个间隙，在掠过金属薄膜表面时激励金属等离子体波的奇模式，将金属等离子体波沿水平方向辐射至自由空间。
[0024]在实际应用中，N块金属薄膜可以由介质支撑结构来进行支撑，以便固定金属薄膜的阵列化结构，并且可以增强强度，在相邻两块金属薄膜之间的介质支撑结构中可以通过打孔形成电子注通道。
[0025]图3是本专利技术中单个金属薄膜的俯视图。如图3所示，本专利技术中单个金属薄膜在两侧设置了周期化矩形齿结构，当圆形电子水平掠过水平放置的金属薄膜表面，会在周期化矩形齿结构的两侧都形成金属等离子体波辐射，将金属等离子体波沿水平方向辐射至自由空间。当采用多层金属薄膜形成垂直方向上的阵列化结构后，可以显著提高总体辐射强度。
[0026]为了进一步增强可见光辐射强度，本实施例中还提出了一种通过反射镜面实现辐射增强的技术方式。图4是本实施例中反射镜面的应用示意图。如图4所示，在金属薄膜阵列化结构的两侧水平辐射方向上各增加一个反射镜面，镜面中间开孔作为耦合输出孔。该反射镜面可以和N层金属薄膜侧边形成F
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P谐振，通过谐振使辐射波增强，增强后的辐射波通过耦合孔输出，从而实现辐射的增强输出。由于镜面开孔对谐振腔的品质因数存在影响，因此开孔在阵列化方向(图4中Z方向)的长度应小于等于(d+H)N，其中d表示金属薄膜厚度，H表示相邻金属薄膜的间距，在电子运动方向上(图4中X方向)的长度应小于等于周期化矩形齿结构的周期L。
[0027]除了采用反射镜面增强辐本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于金属等离子体波的阵列化可见光辐射源，其特征在于，包括N块金属薄膜，每块金属薄膜两侧均设置有金属或介质材料的周期化矩形齿结构作为辐射结构；N块金属薄膜采用多层等间距水平排布，从而形成垂直方向上的阵列化结构；N+1道圆柱型电子注分别水平注入金属薄膜阵列化结构的上下表面和金属薄膜之间的N
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1个间隙，在掠过金属薄膜表面时激励金属等离子体波的奇模式，将金属等离子体波沿水平方向辐射至自由空间。2.根据权利要求1所述的阵列化可见光辐射源，其特征在于，所述N块金属薄膜由介质支撑结构来进行支撑，在相邻两块金属薄膜之间的介质支撑结构中通过打孔形成电子注通道。3.根据权利要求1所述的阵列化可见光辐射源，其特征在于，还包括两个反射镜面，分别设置在金属薄膜阵列化结构的两侧水平辐射方向上，镜面中间开孔作为耦合输出孔。4.根据权利要求3所述的阵列化可见光辐射源，其特征在于，所述开孔的在阵列化方向的长度应小于等于(d+H)N，...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹欣欣，张平，张书赫，王少萌，宫玉彬，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：