分析調控納米三明治結構諧振波長的等效電路方法

2023-05-30 12:23:56

專利名稱：分析調控納米三明治結構諧振波長的等效電路方法
技術領域：
本發明涉及微納結構研究及等離子體光電子器件技術領域，尤其涉及一種分析納 米三明治結構的等效電路方法。
背景技術：
貴金屬納米單元製作的亞波長超材料結構吸引了學術界的廣泛關注，由於這些納 米單元結構的表面等離子體共振耦合作用，電磁場被強烈的限制在結構周圍，這些結構甚 至可以克服衍射極限尺度，在集成光學中擁有應用的潛在可能性。在磁性共振頻率附近，有 如文獻 1 :「ν·Μ· Shalaev，W. Cai，U. K. Chettiar，et al，OPTICS LETTERS, 2005 (30) :3356」 報導的該類納米結構超材料的磁導率以及介電常數均可實現負值，這為在光學波段內實現 亞波長尺度負折射材料提供了可能性。目前為止研究人員引入了多種新型超材料結構來實現磁性共振，例如魚網結構、 納米柱狀對結構、開口環諧振器結構、納米三明治結構等。研究表明，負的磁導率甚至負的 折射率可在魚網結構和納米三明治結構中得以實現。其中基於單個開口環的諧振器結構以及單個納米三明治結構中激勵的磁性等離 子體已經得以實現，以磁性等離子體方式進行能量振蕩的優勢在於低的輻射損耗和更長 的傳播長度。有如文獻 2 :"J. Zhou, Th. Koschny, Μ. Kafesaki, et al, PHTSICAL REVIEW LETTERS, 2005 (95) =223902"報導的單個開口環諧振器結構在高頻時將會出現磁性響應飽 和，同時存在結構複雜、開口環開口尺寸微小的製作工藝難題，相比之下納米三明治結構可 工作在更高頻段、實現工藝簡單，因而成為關注的焦點。基於納米三明治結構內磁性等離子體振蕩模式的優勢，有如文獻3 :『『Z. H. Zhu， H. Liu, S. Μ. Wang, et al, APPLIED PHYSICS LETTERS, 2009 (94) : 103106」 報導了基於納米 三明治結構內兩種磁性等離子體模式的納米雷射器的設計方案。有如文獻4 :"S. Μ. Wang， Ζ. H. Zhu, J. Χ. Cao, et al, APPLIED PHYSICS LETTERS, 2010 (96) :113103」 報導了基於納米 三明治結構磁性等離子體模式的鏈狀波導設計方案。但都未給出該類設計中最根本的磁性 等離子體模式諧振波長的控制選擇方案。

發明內容
本發明的主要目的在於提供一種分析調控納米三明治結構諧振波長的等效電路 方法，利用該方法，能夠有效地推斷該類結構內磁性等離子體模式的發生及其變化趨勢，進 而對振蕩模式諧振波長做出準確的控制和選擇，為基於該類納米結構的新型器件的設計以 及實現提供指導和依據。為達到上述目的，本發明提供了一種分析調控納米三明治結構諧振波長的等效電 路方法，包括如下步驟 步驟1 將納米三明治結構視為等效LC電路，以LC電路諧振比擬納米三明治結構 內磁性等離子體模式諧振；
步驟2 求解LC電路諧振的阻抗方程，該阻抗方程為=
權利要求
1.一種分析調控納米三明治結構諧振波長的等效電路方法，包括如下步驟步驟1 將納米三明治結構視為等效LC電路，以LC電路諧振比擬納米三明治結構內磁 性等離子體模式諧振；步驟2 求解LC電路諧振的阻抗方程，該阻抗方程為
2.根據權利要求1所述的分析納米三明治結構的諧振波長的等效電路方法，所述方法 適用於該類結構內反對稱的磁性等離子體諧振模式。
3.根據權利要求1所述的分析納米三明治結構的諧振波長的等效電路方法，其中所述 等效LC電路設定為，當納米三明治內磁性等離子體模式建立後，三明治結構的金屬層視為 電感L，三明治結構兩側的金屬-介質-金屬層視為電容C。
4.根據權利要求1所述的分析納米三明治結構的諧振波長的等效電路方法，其中所述 LC電路的電感L以及電容C均由納米三明治結構和材料參數擬合，該方法給出的LC電路 的諧振波長公式表達，明晰磁性等離子體模式諧振波長同納米三明治各結構參數之間的聯 系，依據公式表達，通過調整納米三明治各結構和材料參數，實現波長控制及選擇。
全文摘要
一種分析調控納米三明治結構諧振波長的等效電路方法，包括如下步驟步驟1將納米三明治結構視為等效LC電路，以LC電路諧振比擬納米三明治結構內磁性等離子體模式諧振；步驟2求解LC電路諧振的阻抗方程，該阻抗方程為其中ω是諧振電路角頻率，L是諧振電路電感，C是諧振電路電容，j是單位虛數；步驟3得出LC電路的諧振頻率方程為其中f是電路諧振頻率，L是諧振電路電感，C是諧振電路電容，π是圓周率；步驟4根據LC電路的振蕩頻率方程，對納米三明治結構內的模式諧振波長進行分析和調控。
文檔編號H03H7/01GK102064784SQ201110023120
公開日2011年5月18日 申請日期2011年1月20日 優先權日2011年1月20日
發明者付非亞, 劉安金, 周文君, 晏新宇, 王宇飛, 鄭婉華 申請人:中國科學院半導體研究所