本发明专利技术公开了一种基于周期式啁啾结构的表面等离子激元光谱吸收装置，所述装置包括基底、位于基底上的第一金属层、以及位于所述第一金属层上的若干光栅，所述光栅包括位于所述第一金属层上的绝缘体层和位于所述绝缘体层上的第二金属层，所述光栅至少在沿X方向或Z方向或同时两个方向上是线性啁啾的。本发明专利技术由于光栅周期采用线性啁啾使得共振波长呈现线性分布，并覆盖较大的光谱范围，通过适当调整光栅啁啾系数和由上金属层/绝缘体层/下金属层构成的谐振腔来实现和拓宽整个禁带的带宽，给实现低且平坦的反射禁带提供了可能。在相位匹配和亚波长尺寸的限制条件下，通过适当的设计，可以实现宽带的近完美吸收。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及表面等离子激元谐振腔
，特别是涉及一种基于周期式啁啾结构的表面等离子激元谐振腔光谱吸收装置。
技术介绍
金属通常被认为是高效率的反射器，有时可用作镜子。但是当根据所需要的工作波长将金属表面刻蚀成微纳米结构时，金属表面的反射光可以被大幅度的减少。微纳结构在很大的电磁波范围内，从可见光，红外到微波可能成为高效率的吸收体。这在过去的几年内，激起了巨大的兴趣，引发了大量的理论和实验研究。在2008年，Landry等人提出并证实了一种几乎完全吸收的超材料结构。它由两个超材料共振腔构成，这两个共振腔分别与电场和磁场耦合，所以它可以在一个单元层内吸收所有的入射光。但是，在实际应用中它有一个显著的障碍，由基底分隔的两个平行面上的结构不相同，一面是电环共振腔，另一面是一条切片。在2009年Hu et al通过压波长孔阵列和厚金属层实现了在可见频域的近完美吸收。由亚波长孔阵列和厚金属层构成的反对称表面激元耦合产生了多阶近完美吸收，在642.7nm和486.4nm处可同时观察到两个尖锐的窄带吸收峰,这在波长敏感的探测和通讯中有潜在的应用。在2010年，Hao等人对光学频率下超薄广角度亚波长超材料吸收体做了实验报道。所设计的超材料吸收体由Al2O3电解质层分隔的金属粒和金属膜构成。实验结果显示，在1.58 μ m波长附近出现半值全宽为0.25 μ m吸收率为88%的窄带吸收峰。Liu等人也做了类似的研究，其中用到了由MgF2电解质隔开的二维金属圆片阵列和底层金属层。在正入射下，1.6 μ m波长处出现一个半值全宽为0.17 μ m吸收率为99%的与偏振无关的吸收峰，在80°的宽角度入射范围内，吸收峰依旧保持很高。Liu等人在2010年提出并验证了一种空间和频率可选择的近完美吸收超材料，这种超材料用到了由A1203分隔的十字金属阵列和金属基底构成的共振腔。他们在实验上做出了一个红外范围内6μπι附近处吸收率为97%半值全宽为 Ium空间依赖的吸收体。最近，Mao等人提出了一种类似的结构用于多色红外探测的等离子激元吸收体。与上面不同的是，上层金属层换成了由十字孔阵列镶嵌的Au层。在ΙΟμπι和15 μ m处可观察到显著的吸收增强,半值全宽为 1.5μηι。上面提到的超材料吸收体由于电磁共振结构的线宽度限制获得的都是窄的光谱带宽。然而在很多应用中，需要在宽的光谱波带上有完美吸收。在2009年Hu等人提出了一种利用混合激元耦合拓宽可见频域内近完美吸收带宽的方法。在其中，金属层中有不同大小的矩形孔周期性的交替排列，可观察到半值全宽为 60nm的近完美吸收。Koechilin提出了一种拓宽吸收带宽的方法，在同一个亚波长周期内融入两个不同宽度的金属-绝缘体-金属等离子激元谐振器。两个金属-绝缘体-金属等离子激元谐振器的结合得到了吸收率90%带宽0.7 μ m的吸收峰，与单个金属-绝缘体-金属等离子激元谐振器0.2 μ m的带宽相比，实现了三倍以上的拓宽。Hendrickson提出了一种复用等离子激元金属结构的中红外宽带近完美吸收体，其中在厚金属层上有一层薄的电介质层，再上面每个单元内都有两个不同尺寸的Au方格。这种复用结构的红外吸收体在3.2-3.7μπι范围内0.5μπι的带宽上吸收了 98%的入射光，比中红外波段其它通常无复用的结构宽一点。在2012年，Bouchon进一步提出了在同一亚波长周期内拼放四个不同宽度的金属-绝缘体-金属共振腔实现宽波带全方位的吸收。但是这种结构在8.5 μ m处2.5 μ m波带范围内仅吸收了 70%的入射光，这是因为波带和吸收率的相互制约，使得在工作波长范围内的出现了大的波动。因此，针对上述技术问题，有必要提供一种基于周期式啁啾结构的表面等离子激元光谱吸收装置。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于周期式啁啾结构的表面等离子激元光谱吸收装置。为了实现上述目 的，本专利技术实施例提供的技术方案如下:—种基于周期式啁啾结构的表面等离子激元光谱吸收装置，所述装置包括基底、位于基底上的第一金属层、以及位于所述第一金属层上的若干光栅，所述光栅包括位于所述第一金属层上的绝缘体层和位于所述绝缘体层上的第二金属层，所述光栅至少在沿X方向或Z方向或同时两个方向上是线性啁啾的。作为本专利技术的进一步改进，所述各个光栅宽度在沿X方向或Z方向或同时两个方向上满足线性啁啾关系:A^Aod+C^i), i=l, 2，3，…，其中，Atl代表第一个光栅的宽度，Atl取值范围为0.2 1.0 μ m，Cg代表啁啾系数，Cg取值范围为0.01 0.1，i代表第i个光栅，Ai代表第i个光栅的宽度。作为本专利技术的进一步改进，所述第二金属层的厚度大于第一金属层的厚度。作为本专利技术的进一步改进，所述基底为PMMA基底，第一金属层和/或第二金属层包括金属Au、Ag、Al,绝缘体层包括Ge、Si。作为本专利技术的进一步改进，所述第一金属层、绝缘体层和第二金属层构成表面等离子谐振腔。作为本专利技术的进一步改进，所述装置包括若干单元结构，线性啁啾方向上单元结构的周期小于工作波长。作为本专利技术的进一步改进，所述装置包括若干单元结构，一维周期式啁啾结构中每个单元结构内包括4 9个等离子谐振腔，线性啁啾方向上单元结构内Aci取值范围为0.2 1.0 μ m，Cg取值范围为0.01 0.1。作为本专利技术的进一步改进，所述装置包括若干单元结构，二维周期式啁啾结构中每个单元结构内包括4X4 9X9个谐振腔,线性啁啾方向上单元结构内Aci取值范围为0.2 1.0 μ m，Cg取值范围为0.01 0.1。与现有技术相比，本专利技术光栅周期采用线性啁啾使得共振波长呈现线性分布，并覆盖较大的光谱范围。通过适当调整光栅啁啾系数和由上金属层/绝缘体层/下金属层构成的谐振腔来实现和拓宽整个禁带的带宽，给实现低且平坦的反射禁带提供了可能。在相位匹配和亚波长尺寸的限制条件下，通过适当的设计，可以实现宽带的近完美吸收。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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专利技术中记载的一些实施例，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。图1a为本专利技术一实施方式中一维空间内的周期式啁啾单元结构的示意图，图1b为本专利技术一实施方式中一个单兀内只有一个谐振腔的结构不意图；图2为本专利技术一实施方式中不同宽度的光栅脊、不同大小的腔体长度、不同的单元周期对光学反射的影响图；图3为本专利技术一实施方式中同一单元内不同数量的线性啁啾谐振腔对禁带的影响图；图4为本专利技术一实施方式中一个单元五个谐振腔、六个谐振腔时相位匹配优化前后的近完美吸收体的反射波谱图；图5为本专利技术一实施方式中腔长(Ge的厚度)对反射特性的影响图；图6为本专利技术一实施方式中二维周期式啁啾结构在不同方位角的线偏振光照射下的反射光谱图。具体实施例方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术中的技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于周期式啁啾结构的表面等离子激元光谱吸收装置，所述装置包括基底、位于基底上的第一金属层、以及位于所述第一金属层上的若干光栅，其特征在于，所述光栅包括位于所述第一金属层上的绝缘体层和位于所述绝缘体层上的第二金属层，所述光栅至少在沿X方向或Z方向或同时两个方向上是线性啁啾的。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王钦华，宋艳芹，楼益民，曹冰，李孝峰，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：
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