基于单层亚波长金属光栅的磁场可调控的电磁波透射的器件与制备制造技术

一种基于单层亚波长金属光栅的磁场可调控的偏振无关电磁波透射的器件，该器件包括单层亚波长金属光栅和填充在亚波长金属光栅狭缝内的磁活性介质；该器件的金属部分和磁活性介质部分具有相同的厚度，该厚度大小满足最少支持设计工作波长在光栅狭缝内的最低阶的Ｆａｂｒｙ－Ｐｅｒｏｔ腔共振的要求；所述光栅的周期和狭缝小于所述电磁波的波长。通过改变外加磁场Ｂ０的大小，可以调节金属光栅狭缝内波导模式的传播常数等，从而改变该器件的电磁透射特性，实现偏振无关的电磁波透射谱和偏振无关的电磁波透射谱磁场主动可调控的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电磁波透射器件，尤其是一种基于单层亚波长金属光栅的磁场可调控的偏振无关电磁波透射的器件。
技术介绍
1998年，法国科学家T.W.Ebbesen等人在Nature上发表文章(Extraordinary opticaltransmission through sub-wavelength hole arrays)，他们在实验中发现当电石兹 波入射到具有二维亚波长小孔阵列的金属薄膜上后，电磁波的零级透射谱在大于阵列周期 的波长处表现为一系列具有高的透过率的反常的透射峰，且透过率的量级远大于经典的小 孔透射理论所预测的结果。这一现象通常被称为异常透射现象。他们认为这是由于当电磁 波入射到金属薄膜上时，二维的小孔阵列提供了必要的倒格矢，使得入射电磁波的波矢与 表面等离子体激元的波矢满足动量匹配条件，从而激发起了金属薄膜表面的表面等离子体 激 元，从而利用表面等离子体激元实现了对应波长的异常透射。 1999年，J. A. Porto等人在Phys. Rev. Lett.上发表了题为Transmission Resonanceson Metallic Gratings with Very Narrow Slits，，的文章，他们石开究了一维亚 波长金属栅中的异常透射现象，指出p-偏振的电磁波的异常透射的发生存在着两个可能 的路径一个是激发起能量局域在金属薄膜上下两个表面的耦合的表面等离子体激元；另 一个是激发起能量局域在金属栅狭缝内的波导模式。这两种透射途径的机制不同，对应于 透射谱中的不同的透射峰。特别是对应于波导模式，它可以实现全入射角范围内的窄带的 异常透射。 上述两篇实验和理论工作的发表以及异常透射效应本身所具有的巨大的研究价 值和重要的应用价值，特别是在太阳能的存储、光学干涉平板印刷、超越衍射极限的亚波长 成像、扫描光学显微镜、无衍射的电磁波滤波等领域都拥有非常广阔的应用前景，极大地激 发了世界范围内广大科学家的研究热情，他们对不同波长范围内的异常透射现象进行了系 统而广泛的实验和理论研究。 在微波波段，2002年，F. Yang等人在Phys. Rev. Lett.上发表了工作(ResonantTransmission of Microwaves through a Narrow Metallic Slit).他们在实验上研究了单个金属狭缝的微波的共振透射，在实验上证明了波导共振的异常透射。 2006年，A. P. Hibbins等人在Phys. Rev. Lett.上发表 了 题为MicrowaveTransmission of a Compound Metal Grating，，的文章。他们从实验禾口数值模拟两个方面研究了复合结构金属栅的微波的异常透射，发现对比于单周期的金属栅，在复合结构金属栅中存在着三种Fabry-Perot-like的共振。 2009年，K. Aydin等人在Phys. Rev. Lett. 上发表文章(Split_Ring_Resonator_Coupled Enhanced Transmission through a Single SubwavelengthAperture).他们通过在一个亚波长的孔的近场附件放置一个劈裂环共振器，通过入射电磁波激发劈裂环共振器的电共振或者磁共振成功地实现了微波的单个亚波 长小孔的异常透射。 在太赫兹波段，2004年，D. Qu等人在Opt. Lett.上发表文章(Terahertztransmission properties of thin，subwavelength metallic hole arrays).他们在实验上研究了太赫兹的电磁波在具有亚波长小孔阵列的金属薄膜上的异常透射，发现孔的形状对透射有巨大的影响。 2006年，A. K. Azad等人在Opt. Lett.上发表题为Effect of dielectricproperties ofmetals on terahertz transmission in subwavelength hole arrays的工作。他们实验研究了不同金属的介电函数对太赫兹波异常透射现象的影响，发现随着金属实的介电常数和虚的介电常数比值的增加，太赫兹波的透过率增加。 2009年，T. H. Isaac等人在Phys. Rev. B.上发表工作(Surface-mode lifetimeandthe terahertz transmission of subwavelength hole arrays).他们在实验上石开究了具有不同孔径大小的二维亚波长小孔阵列的金属薄膜在太赫兹波段的异常透射现象，发现随着孔径的减小，表面模的寿命增加，由表面模所辅助的共振透射对透过率的贡献增加。 在光波段，2002年，A. Barbara等人在Phys. Rev. B上发表题为Opticaltransmission through subwavelength metallic gratings的文章。他们实验研究了红外波段的一维亚波长金属栅的异常透射现象，在实验上证明了共振的波导模式和表面等离子体激元控制着光波段的增强透射。 2005年，K. L. van der Molen等人在Phys. Rev. B上发表文章(Role of shape andlocalized resonances in extraordinary transmission through periodic arrays of subwavelength holes -Experiment and theory).他们从实验禾口理论两个方面研究了矩 形孔的长宽比对光波段的具有二维亚波长小孔阵列的金属膜的异常透射效应的影响，发现 形状共振在异常透射中扮演着非常重要的角色。 2007年，Y. Ekinci等人在Opt. Lett.上发表工作(Extraordinary optical transmissionin the ultraviolet region through aluminum hole arrays).他们在实验 上研究了具有二维亚波长小孔阵列的铝膜在紫外波段的异常透射现象，发现传输的表面等 离子体激元和局域的表面等离子共振共同贡献于异常透射效应。 2009年，S. G. Rodrigo等人在Opt. Lett.上发表题为Extraordinary opticaltransmission through hole arrays in optically thin metal films，，的文章。 他们在理论上研究了具有正方形小孔阵列的光学薄的金属薄膜在光波段的异常透射现象， 发现随着金属薄膜厚度的减小，由于光和短范围的表面等离子体的耦合，异常的透射峰发 生了红移，同时最大和最小透过率的比值保持一个高的值即使金属薄膜的厚度减小到一个 趋肤深度的厚度。 综上所述，人们已经对一维亚波长金属光栅和二维亚波长小孔阵列金属薄膜中的 异常透射现象进行了大量的实验和理论研究，揭示出了隐藏在异常透射现象背后的各种各 样的物理机制；同时这些研究工作也加深了人们对影响异常透射物理机制的各个因素的认本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于单层亚波长金属光栅的磁场可调控的偏振无关电磁波透射的器件，其特征是该器件包括单层亚波长金属光栅和填充在亚波长金属光栅狭缝内的磁活性介质；该器件的金属部分和磁活性介质部分具有相同的厚度，该厚度大小满足最少支持设计工作波长在光栅狭缝内的最低阶的Ｆａｂｒｙ－Ｐｅｒｏｔ腔共振的要求；所述光栅的周期和狭缝小于所述电磁波的波长。

【技术特征摘要】
一种基于单层亚波长金属光栅的磁场可调控的偏振无关电磁波透射的器件，其特征是该器件包括单层亚波长金属光栅和填充在亚波长金属光栅狭缝内的磁活性介质；该器件的金属部分和磁活性介质部分具有相同的厚度，该厚度大小满足最少支持设计工作波长在光栅狭缝内的最低阶的Fabry-Perot腔共振的要求；所述光栅的周期和狭缝小于所述电磁波的波长。2. 根据权利l所述的一种基于单层亚波长金属光栅的磁场可调控的偏振无关电磁波 透射的器件，其特征是所述光栅的金属材料为低损耗的金属，例如金、银或者铝等；所述光 栅的介质材料为能透射电磁波的磁活性介质，在微波波段，例如微波ferrite材料YIG和微 波铁氧体等；在太赫兹波段，例如半导体材料InSb和InAs等；在红外和可见光波段，例如 磁光材料Bi :GdIG和磁性半导体材料CdMnTe等。3. 根据权利1和2所述的一种基于单层亚波长金属光栅的磁场可调控的偏振无关电磁 波透射的器件，其特征是该器件的透射特性基于光栅狭缝内的波导模式，可调控的入射电 磁波为s-偏振或者p-偏振；该光删的狭缝宽度满足两种偏振电磁波的波导模式同时存在 的条件。4. 根据权利1和2所述的一种基于单层亚波长金属光栅的磁场可调控的偏振无关电磁 波透射的器件，其特征是该器件实现功能所需施加的外磁场B。的范围取决于所选取的磁活 性介质，在0特斯拉到1特斯拉的范围；随着外加磁场B。的增加，对应于磁活性波导模式的 偏振的透射峰发生蓝移或红...

【专利技术属性】
技术研发人员：王慧田，白强，陈璟，程晨，丁剑平，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]