一种基于表面等离激元的高阶拓扑光学器件制造技术

本申请涉及一种基于表面等离激元的高阶拓扑光学器件，其包括金属衬底以及在所述金属衬底上形成的纳米单元阵列；所述纳米单元阵列包括若干个纳米结构单元，所述纳米结构单元包括多个表面等离激元谐振环；所述纳米结构单元内相邻的两个表面等离激元谐振环的间距为L1，相邻两个所述纳米结构单元中，其中一个所述纳米结构单元的表面等离激元谐振环与另一个所述纳米结构单元的表面等离激元谐振环的最小间距为L2，L1＞L2。本申请可以解决相关技术中支持表面等离子激元波的材料和精细结构不可避免的会引入杂质或者结构缺陷，会在全局上对表面等离子波的传输性能造成影响的问题。表面等离子波的传输性能造成影响的问题。表面等离子波的传输性能造成影响的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于表面等离激元的高阶拓扑光学器件


[0001]本申请涉及光学器件
，特别涉及一种基于表面等离激元的高阶拓扑光学器件。

技术介绍

[0002]传统的光学元件在带宽上优于电子元件，但是由于光学衍射极限的存在，限制其在光学回路上超小型化和高密度集成。
[0003]表面等离子激元波是自由电子和电磁场相互作用产生的沿着金属表面传播的电子疏密波，可以突破衍射极限在亚波长尺度上对光波进行操控。
[0004]但是，支持表面等离子激元波的材料和精细结构不可避免的会引入杂质或者结构缺陷，会在全局上对表面等离子波的传输性能造成影响。

技术实现思路

[0005]本申请实施例提供一种基于表面等离激元的高阶拓扑光学器件，以解决相关技术中支持表面等离子激元波的材料和精细结构不可避免的会引入杂质或者结构缺陷，会在全局上对表面等离子波的传输性能造成影响的问题。
[0006]本申请实施例提供了一种基于表面等离激元的高阶拓扑光学器件，其包括金属衬底以及在所述金属衬底上形成的纳米单元阵列；
[0007]所述纳米单元阵列包括若干个纳米结构单元，所述纳米结构单元包括多个表面等离激元谐振环；
[0008]所述纳米结构单元内相邻的两个表面等离激元谐振环的间距为L1，相邻两个所述纳米结构单元中，其中一个所述纳米结构单元的表面等离激元谐振环与另一个所述纳米结构单元的表面等离激元谐振环的最小间距为L2，L1＞L2。
[0009]一些实施例中，所有的所述纳米结构单元的表面等离激元谐振环呈一维SSH单链排列。
[0010]一些实施例中，L1为12nm，L2为7nm。
[0011]一些实施例中，所述纳米结构单元包括六个表面等离激元谐振环，且呈六边形排列，以使所述纳米单元阵列呈蜂窝状。
[0012]一些实施例中，L1为18nm，L2为7nm。
[0013]一些实施例中，所述表面等离激元谐振环为金属
‑
介质
‑
金属结构，包括在所述金属衬底上形成的环形的介质层，以及位于所述介质层内外的金属层。
[0014]一些实施例中，所述表面等离激元谐振环为介质
‑
金属
‑
介质结构，包括在所述金属衬底上形成的环形的金属层，以及位于所述金属层内外的介质层。
[0015]一些实施例中，所述表面等离激元谐振环为金属盘状结构，包括在所述金属衬底上形成的盘状的金属层，以及位于所述金属层外的介质层。
[0016]一些实施例中，所述表面等离激元谐振环为沟道等离子结构，包括在所述金属衬
底上形成的盘状的介质层，以及位于所述介质层外的金属层。
[0017]一些实施例中，所述介质层为气体、硅或二氧化硅；
[0018]所述金属层或金属衬底的材料为金、银或者铝。
[0019]本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：
[0020]本申请把拓扑能带理论引入到表面等离子光学中，借用拓扑学的方法对表面等离子激元的能带特性进行描述和研究，在拓扑表面等离激元中，高阶拓扑物态的“高阶”体现在其体
‑
边对应关系上，比如d维高阶拓扑表面等离激元器件，其具有d
‑
1维的有能隙边缘态和小于d
‑
1维的无能隙边界态。如二维高阶拓扑光子晶体具有一维的有能隙边缘态和零维的能隙内的角态。而拓扑边缘态对局部缺陷和扰动具有鲁棒性/免疫性，可以轻易绕过这些缺陷进行传输，且几乎不发生反射。也就是只要实现了拓扑态，就具有单向传输和对缺陷与微扰的鲁棒性。从而在拓扑表面等离激元中，缺陷和无序只会引起局部的参数变化，不影响光学结构的全局性质。基于此，本申请提出高阶拓扑的等离激结构，可以解决相关技术中支持表面等离子激元波的材料和精细结构不可避免的会引入杂质或者结构缺陷，会在全局上对表面等离子波的传输性能造成影响的问题，能够实现拓扑螺旋的边界态和赝自旋角态，为微纳光子学、高保真光量子信息光学、混合集成光子学和非线性光学等领域提供新方法和路径，在未来超小型和超密集光子集成和信息处理方面有非常重要的应用前景。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1为本申请实施例提供的基于表面等离激元的高阶拓扑光学器件示意图，其中，(a)为一维SSH单链结构，(b)为二维无限结构超胞，(c)为二维有限结构；
[0023]图2为本申请实施例提供的一维SSH单链结构示意图；
[0024]图3为本申请实施例提供的二维无限结构超胞示意图；
[0025]图4为本申请实施例提供的能带和电场分布图，其中，(a)为一维SSH单链结构的能带，(b)为一维角态的电场分布；
[0026]图5为本申请实施例提供的能带和电场分布图，其中，(a)为二维无限结构超胞851.68nm处的能带，(b)为二维无限结构超胞810.25nm处的能带，(c)为下单边边缘态的电场分布，(d)为上单边边缘态的电场分布，(e)为双边边缘态的电场分布；
[0027]图6为本申请实施例提供的能带和电场分布图，其中，(a)为二维有限结构851.65nm处的能带，(b)为右上角角态的电场分布，(c)为右下角角态的电场分布，(d)为左上角角态的电场分布，(e)为左下角角态的电场分布；
[0028]图7为本申请实施例提供的金属
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介质
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金属结构示意图；
[0029]图8为本申请实施例提供的介质
‑
金属
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介质结构示意图；
[0030]图9为本申请实施例提供的金属盘状结构示意图；
[0031]图10为本申请实施例提供的沟道等离子结构示意图。
[0032]图中：1、金属衬底；2、纳米单元阵列；3、纳米结构单元；4、表面等离激元谐振环；
40、介质层；41、金属层。
具体实施方式
[0033]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
[0034]参见图1、图2和图3所示，本申请实施例提供了一种基于表面等离激元的高阶拓扑光学器件，其包括金属衬底1以及在所述金属衬底1上形成的纳米单元阵列2；所述纳米单元阵列2包括若干个纳米结构单元3，所述纳米结构单元3包括多个表面等离激元谐振环4；所述纳米结构单元3内相邻的两个表面等离激元谐振环4的间距为L1，相邻两个所述纳米结构单元3中，其中一个所述纳米结构单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于表面等离激元的高阶拓扑光学器件，其特征在于，其包括金属衬底(1)以及在所述金属衬底(1)上形成的纳米单元阵列(2)；所述纳米单元阵列(2)包括若干个纳米结构单元(3)，所述纳米结构单元(3)包括多个表面等离激元谐振环(4)；所述纳米结构单元(3)内相邻的两个表面等离激元谐振环(4)的间距为L1，相邻两个所述纳米结构单元(3)中，其中一个所述纳米结构单元(3)的表面等离激元谐振环(4)与另一个所述纳米结构单元(3)的表面等离激元谐振环(4)的最小间距为L2，L1＞L2。2.如权利要求1所述的基于表面等离激元的高阶拓扑光学器件，其特征在于：所有的所述纳米结构单元(3)的表面等离激元谐振环(4)呈一维SSH单链排列。3.如权利要求2所述的基于表面等离激元的高阶拓扑光学器件，其特征在于：L1为12nm，L2为7nm。4.如权利要求1所述的基于表面等离激元的高阶拓扑光学器件，其特征在于：所述纳米结构单元(3)包括六个表面等离激元谐振环(4)，且呈六边形排列，以使所述纳米单元阵列(2)呈蜂窝状。5.如权利要求4所述的基于表面等离激元的高阶拓扑光学器件，其特征在于：L1为18nm，L2为7nm。6.如权利要求1所述的基于表面等离激元的高阶拓扑光学器件，其特征在于：所述表面等离激元...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶金，吴冕，曾永全，
申请(专利权)人：武汉邮电科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：