一种基于异常光学透射的双菱形银孔周期性阵列超宽带滤波器设计制造技术

本发明专利技术实例公开了一种基于异常光学透射的双菱形银孔周期性阵列超宽谱滤波器，他包括一层金属银模，所述银模在一个周期内开有双菱形孔径，不同周期之间通过间隙尺寸首位相连排布在金属银模上

【技术实现步骤摘要】
一种基于异常光学透射的双菱形银孔周期性阵列超宽带滤波器设计


[0001]本专利技术涉及波动光学
，具体地指一种基于异常光学透射的双菱形银孔周期性阵列超宽谱滤波器
。
技术背景
[0002]表面等离激元
(Surface plasmons,SPs)
是指当入射光照射在金属表面时，在金属与电介质分界面上电荷发生集体震荡，电磁波沿着金属表面传播，在垂直方向上呈指数衰减
。
根据表面等离激元的存在形式，又可分为表面等离子体基元
(Surface plasmon polaritons
，
SPPs)
和局域表面等离激元
(Localized surface plasmons
，
LSPs)。
其中
SPPs
指具有传播性质，在金属与电介质分界面处的疏密波，
LSPs
则是指被局限在金属孔径或是粒子中的电磁波
。
[0003]异常光学透射
(extraordinary optical transmission
，
EOT)
是指
ebbsen
等人于
1998
年发现当一定波长的入射光通过带有孔径的金属薄膜时，会得到远大于孔径与周期比值的高效光传输特性
。
通过对孔径结构的调整可以实现不同透射峰值
、
带宽的透射光谱
。
[0004]目前基于异常光学透射的光学器件主要存在光传输效率不够高以及透射带宽较小等问题
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是要提供一种基于异常光学透射的双菱形银孔周期性阵列超宽谱滤波器的设计，本专利技术具有更高效的光传输效率以及更大的透射带宽
。
[0006]为了实现专利技术目的，本专利技术所设计的双菱形银孔周期性阵列超宽谱滤波器，它包括金属银模，所述银模开有多个双菱形孔，且多个双菱形孔通过间隙尺寸首尾相连分布在金属银模上
。
[0007]本专利技术通过合理的参数设置在近至中红外激发两种等离激元以及一种类
FP
共振杂化耦合，实现超宽谱透射，进而得到一个高效的低通滤波器
。
[0008]两种等离激元分别为表面等离子体基元以及局域表面等离激元，表面等离激元所代表的共振模式称之为晶格模，晶格模主要由结构的周期决定，具体表现为分布在金属薄膜上的电荷密度变化
。
局域表面等离激元主要由孔径的参数尺寸决定，称之为本征模，具体表现为孔径内部的电荷密度情况
。
类
FP
共振模式特指在双菱形孔间隙处在垂直方向上呈上下分布的电荷密度变化
。
本专利技术的光传输特性变化主要与间隙尺寸以及周期的变化有关
。
以一定波长入射光入射时，结构内不同共振模式的存在为超宽谱透射提供了前提条件，当不同共振模式在同一入射光波长下激发时，发生杂化耦合现象，结构的光传输效率得到极大提高
。
特别说明共振模式的激发对入射光波长以及结构尺寸通常非常敏感，通常结构的透射带宽只在
0.1
‑
0.5um
左右
。
在该专利技术中结构在近
‑
至中红外的超宽谱的透射带宽对于异常光学透射器件来说是非常高的
。
本专利技术通过在不同光波段上相差极大的光传输效率实现
高效的滤波特性
。
[0009]本专利技术通过对周期
P
以及间隙尺寸
g
和入射光波长的调控，改变三种不同共振模式之间的耦合关系，对超宽谱透射中不同入射光波长下的结构共振模式进行分析从而验证结构对不同参数的敏感程度
。
通过光学异常透射效应可以在目标波段得到
90
％以上的光传输效率，是一种高效的滤波器件
。
附图说明
[0010]图1为本专利技术的三维周期结构示意图；
[0011]图2为单个周期内结构示意图；
[0012]图3为单个晶格俯视图；
[0013]图4为设置入射波长为
1um
‑
5um
时，间隙尺寸对透射光谱的影响；
[0014]图5为设置入射波长为
1um
‑
5um
时，周期对透射光谱的影响；
具体实施方式
[0015]以下结合附图与具体实施方式对本专利技术做进一步说明
[0016]本专利技术采用的金属银薄膜为在金属银膜上制备若干个周期性首位相连的双菱形孔，根据异常光学透射原理，在近
‑
中红外波段上可以得到高效光传输性能，当入射光沿着垂直方向入射结构时，可以滤去波长小于目标波段的光，以此达到滤波的功能
。
[0017]基于异常光学透射的双菱形银孔周期性阵列超宽带滤波器的具体结构图如图1所示，它包括银膜1以及银膜1上开有的若干双菱形孔2，上下周期的双菱形孔由间隙尺寸相互连接，这样的设计让电荷在间隙处汇聚，产生一种新的共振模式，一个周期内存在三个间隙尺寸，增强共振模式强度，从而在光的照射下可以产生更多的杂化耦合效果，达到更高的透射率，通过间隙尺寸以及周期的调整，改变结构的滤波特性
。
银膜1和双菱形孔2的厚度均为
h,h
＝
50nm。
该专利技术通过对孔径的设计，让不同的共振模式之间产生杂化耦合，从而得到更宽的透射带宽以及更高的透射率，达到更好的滤波效果
。
[0018]在上述方案中，周期性双菱形孔2通过间隙尺寸首位相连，周期性双菱形孔
(2)
的间隙尺寸中心为矩形仿真区域的中心
,
矩形仿真区域的长宽为周期
P
，各矩形仿真区域的周期
P
取值相等，周期
P
的值在
100nm
‑
400nm
范围内
。
该设计的仿真结构中，在
X
轴
、Y
轴方向上设置周期性条件实现双菱形孔2的周期性排列，设置入射光为
TM
光，沿
‑
z
方向垂直入射结构
。
[0019]在上述方案中，双菱形孔2的具体排布参数为，上下周期的两个双菱形孔2由间隙尺寸进行连接，间隙尺寸的大小为
g
，
g
的取值范围为
30
‑
50nm
，如图2表示以及图3表示，角
θ
的参数值设定为
60
°
，双菱形孔2的长轴
a
与周期
p
的参数值相等，短轴
b
的参数值满足如下公式：
[0020][0021]在上述方案中，双菱形孔在一个周期内的占空比为
f
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于异常光学透射的双菱形银孔周期性阵列超宽谱滤波器，其特征在于：它包括金属银膜
(1)
，所述银模
(1)
上开有多个双菱形孔
(2)
，多个双菱形孔
(2)
通过间隙尺寸首位相连排布在金属银模
(1)
上，并放置在衬底上
。2.
根据权利要求1所述的基于光学异常透射的双菱形银孔周期性阵列超宽谱滤波器，其特征在于：双菱形孔
(2)
和银模的厚度
h
均为
50nm。3.
根据权利要求1所述的基于光学异常透射的双菱形银孔周期性阵列超宽谱滤波器，其特征在于：周期性双菱形孔
(2)
的间隙尺寸中心为矩形仿真区域的中心
,
矩形仿真区域的长宽为周期
P
，各矩形仿真区域的周期
P
取值相等，周期
P
的值在
1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雪，颜舒展，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：