CN114296165B - 基于金属破缺纳米双环结构的等离激元共振波长调谐器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于金属破缺纳米双环结构的等离激元共振波长调谐器，属于共振波长谐调处理技术领域。第一金属纳米环和第二金属纳米环分别等高设置于第一介质轴和第二介质轴外周上，所述第一介质轴底部固定在介质基底上，第二介质轴转动连接于介质基底上，所述第一金属纳米环和第二金属纳米环均开有开口角度相同的破缺开口。本发明的有益效果是：在金属破缺纳米双环结构中产生表面等离激元，其电磁场对两金属圆环相对角度的变化非常敏感。当第一金属纳米环固定，而第二金属纳米环发生相对转动时，等离激元共振波长发生移动，通过改变两金属纳米环之间的相对角度，能够实现吸收截面光谱曲线中共振波长的高效调节。

Description

基于金属破缺纳米双环结构的等离激元共振波长调谐器

技术领域

本发明涉及一种基于金属破缺纳米双环结构的等离激元共振波长调谐器，属于共振波长谐调处理技术领域。

背景技术

金属中存在大量自由电子，当入射光照射金属纳米材料时，能够激发金属表面电子的集体振荡，形成表面等离激元；当入射光频率与电子振荡频率相同时，两者有效耦合，形成等离激元共振现象。共振时，金属的光学性质会产生明显变化，如吸收截面光谱在共振波长处会出现明显的峰值特征。研究表明，该共振波长对金属纳米结构十分敏感，因此，可以通过调节结构参数，来改变共振波长，将该原理应用于波长调谐器的设计等方面。

然而，等离激元共振波长的调节，多数情况下需要通过改变金属纳米材料本身的参数，如形状和尺寸等才能够实现，这点在实际使用中非常不方便，导致调节效率低。

发明内容

为解决现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种基于金属破缺纳米双环结构的等离激元共振波长调谐器，采用金属破缺纳米双环结构设计，通过调节两环之间的相对角度，实现等离激元共振波长的有效调节。

本发明的技术方案是：一种基于金属破缺纳米双环结构的等离激元共振波长调谐器，第一金属纳米环和第二金属纳米环分别等高设置于第一介质轴和第二介质轴外周上，所述第一介质轴底部固定在介质基底上，第二介质轴转动连接于介质基底上，所述第一金属纳米环和第二金属纳米环均开有开口角度相同的破缺开口。

所述第一金属纳米环和第二金属纳米环内径d为160nm，外径D为200nm，高度为30nm，破缺开口的开口角度为60°。

所述第一金属纳米环和第二金属纳米环材质为贵金属。

所述第一金属纳米环和第二金属纳米环材质为金。

所述第一介质轴和第二介质轴的高度均为100nm，直径为160nm，材质为玻璃。

所述第一金属纳米环和第二金属纳米环分别固定在第一介质轴和第二介质轴高度方向上的中点处。

所述第一金属纳米环和第二金属纳米环间距Δ为220nm。

所述介质基底材质为玻璃，介质基底形状为长方体，所述长方体长度为1μm，宽度为600nm，厚度为300nm。

本发明的有益效果是：在金属破缺纳米双环结构中产生表面等离激元，其电磁场对两金属圆环相对角度的变化非常敏感。当第一金属纳米环固定，而第二金属纳米环发生相对转动时，等离激元共振波长发生移动，通过改变两金属纳米环之间的相对角度，能够实现吸收截面光谱曲线中共振波长的高效调节。

附图说明

图1为本发明的结构图；

图2为第一金属纳米环和第二金属纳米环俯视图；

图3为固定第一金属纳米环，仅改变第二金属纳米环的相对角度θ时，模拟得到的吸收截面光谱图。

图中附图标记如下：1、第一金属纳米环，2、第二金属纳米环，3、第一介质轴，4、第二介质轴，5、介质基底。

具体实施方式

下面结合附图1-3对本发明做进一步说明：

实施例

一种基于金属破缺纳米双环结构的等离激元共振波长调谐器，第一金属纳米环1和第二金属纳米环2分别等高设置于第一介质轴3和第二介质轴4外周上，本实施例优选将第一金属纳米环1和第二金属纳米环2分别固定在第一介质轴3和第二介质轴4高度方向上的中点处，所述第一金属纳米环1和第二金属纳米环2间距Δ为220nm，所述第一介质轴3底部固定在介质基底5上，第二介质轴4转动连接于介质基底5上，所述第一金属纳米环1和第二金属纳米环2均开有开口角度为60°的破缺开口。所述第一金属纳米环1和第二金属纳米环2内径d为160nm，外径D为200nm，高度为30nm。所述第一金属纳米环1和第二金属纳米环2材质为贵金属，本实施例优选材质为金。所述第一介质轴3和第二介质轴4的高度均为100nm，直径为160nm，材质为玻璃。所述介质基底5材质为玻璃，介质基底5形状为长方体，所述长方体长度为1μm，宽度为600nm，厚度为300nm。

本发明通过改变第二金属纳米环2相对于第一金属纳米环1的角度，对等离激元共振波长进行调节。

如图3所示，当改变第二金属纳米环2相对于第一金属纳米环1的角度θ时，本发明所述调谐器的吸收截面光谱中，等离激元共振波长随角度θ的改变而变化。具体为，当θ＝0°，30°，60°和90°时，共振波长分别为1.58μm，1.54μm，1.52μm和1.49μm。由图3得出结论，共振波长随角度θ的增大而出现蓝移，即，通过改变两金属纳米环之间的相对角度，能够实现吸收截面光谱曲线中共振波长的高效调节。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于金属破缺纳米双环结构的等离激元共振波长调谐器，其特征在于，第一金属纳米环（1）和第二金属纳米环（2）分别等高设置于第一介质轴（3）和第二介质轴（4）外周上，所述第一介质轴（3）底部固定在介质基底（5）上，第二介质轴（4）转动连接于介质基底（5）上，所述第一金属纳米环（1）和第二金属纳米环（2）均开有开口角度相同的破缺开口；所述第一金属纳米环（1）和第二金属纳米环（2）内径d为160nm，外径D为200nm，高度为30nm，破缺开口的开口角度为60°；所述第一金属纳米环（1）和第二金属纳米环（2）材质为金；所述第一介质轴（3）和第二介质轴（4）的高度均为100nm，直径为160nm，材质为玻璃；所述第一金属纳米环（1）和第二金属纳米环（2）间距Δ为220nm。

2.根据权利要求1所述的基于金属破缺纳米双环结构的等离激元共振波长调谐器，其特征在于，所述第一金属纳米环（1）和第二金属纳米环（2）分别固定在第一介质轴（3）和第二介质轴（4）高度方向上的中点处。

3.根据权利要求1所述的基于金属破缺纳米双环结构的等离激元共振波长调谐器，其特征在于，所述介质基底（5）材质为玻璃，介质基底（5）形状为长方体，所述长方体长度为1μm，宽度为600nm，厚度为300nm。