亚波长金属单狭缝填充金属条的聚焦特性研究.pdf

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1、撒与光电子学进展51，062302(2014)Laser&OptoelectronicsProgress~2014~中国激光》杂志社亚波长金属单狭缝填充金属条的聚焦特性研究丁功明齐月静卢增雄。卢荣胜周培松1,2合肥工业大学仪器科学与光电工程学院，安徽合肥230009中国科学院光电研究院，北京100094摘要在亚波长金属单狭缝聚焦结构的基础上，提出了一种易于集成加工的亚波长金属单狭缝填充金属条的超分辨率聚焦结构。采用时域有限差分法(FDTD)对该结构的聚焦特性进行了仿真分析。通过分析研究聚焦结构参数对聚焦效果的影

2、响，获得了超衍射极限的聚焦光斑，该聚焦光斑的归一化光强为4焦半径(FWHM)为300nm(小于A／2，A=632．8nm)。对于~10nm的尺寸与定位误差对结构的聚焦特性影响甚微。该模型聚焦结构的横向尺寸仅为2．0m，适用于纳米光子学、集成光子电路等领域，具有较高的应用价值。关键词光学器件；超分辨率聚焦；时域有限差分法；金属狭缝结构中图分类号0472文献标识码Adoi：10．3788／LOP51．062302ResearchonFocusingPropertiesofSub-WavelengthMetalSin

3、gle-SlitContainingMentalStripDingGongming，。QiYuejing。LuZengxiong。LuRongshengZhouPeisong-。SchoolofInstrumentScienceandOpto—ElectronicsEngineering，HefeiUniversityofTechnology，Hefei，Anhui230009，China~AcademyofOpto—Electronics，ChineseAcademyofSciences，Beijing100

4、094，ChinaAbstractAsuper—。resolutionfocusingandeasyintegratedsub—‘wavelengthmetalsingle—slitscontainingmentalstripstructureisproposedbasedonsub—wavelengthmetalslitfocusingstructure．Thefocusingpropertiesofthestructurearesimulatedandanalyzedbyusingelectromagnet

5、icfieldsimulationsoftwarefinitedifferencetimedomain(FDTD)．Throughtheanalysisofstructuralparametersoffocusingstructureinfluenceonthefocusingefect，ahighfocusingintensityof1=4．5andasmallspotsizewithfullwidthhalfmaximum(FWHM)of300am(1assthanA／2．A=632．8nm)isachie

6、ved．Meanwhile，thestructureSdeviationandpositioningaccuracyof±10nmhavelittleeffectonthefocusingproperty．Suchafocusingstructurewiththepredictedfocusingefficiencyhaspotentialpracticalapplicationsinnanophotonicsandintegratedphotonicsduetothesmalllateraldimension

7、sizeofonlyabout2．0LLm．Keywordsopticaldevices；super—resolutionfocusing；finitedifferencetimedomainmethod；metalslitstructure0CIScodes230．3120；260．3910；350．54001引言超分辨率聚焦在纳米信息存储、超分辨显微成像和光刻等领域有着广泛的应用“，。材料非线性响应和表面等离子体极化激元(SPPs)是目前实现超分辨率聚焦的主要技术途径。由于SPPs的局域特性u，，使小型化和

8、高集成性的光学超分辨率聚焦器件成为了可能。目前，众多研究者提出不同类型结构的亚波长金属结构来操控表面等离子体。以实现超分辨聚焦。Shi等提出的多级沟槽围绕单狭缝的狭缝光栅结构，Kim等提出的多级介质条围绕单狭缝的狭缝光栅结构，上述结构得到了较好的焦半径(FWHM)，但不足之处在于其输出的聚焦光能量较低。为此，Chen等提收稿日期：2013-11-25；收到修改稿日期：2014-01—0