专利名称：分析调控纳米三明治结构谐振波长的等效电路方法
技术领域：
本发明涉及微纳结构研究及等离子体光电子器件技术领域，尤其涉及一种分析纳 米三明治结构的等效电路方法。
背景技术：
贵金属纳米单元制作的亚波长超材料结构吸引了学术界的广泛关注，由于这些纳 米单元结构的表面等离子体共振耦合作用，电磁场被强烈的限制在结构周围，这些结构甚 至可以克服衍射极限尺度，在集成光学中拥有应用的潜在可能性。在磁性共振频率附近，有 如文献 1 :“ν·Μ· Shalaev，W. Cai，U. K. Chettiar，et al，OPTICS LETTERS, 2005 (30) :3356” 报道的该类纳米结构超材料的磁导率以及介电常数均可实现负值，这为在光学波段内实现 亚波长尺度负折射材料提供了可能性。目前为止研究人员引入了多种新型超材料结构来实现磁性共振，例如鱼网结构、 纳米柱状对结构、开口环谐振器结构、纳米三明治结构等。研究表明，负的磁导率甚至负的 折射率可在鱼网结构和纳米三明治结构中得以实现。其中基于单个开口环的谐振器结构以及单个纳米三明治结构中激励的磁性等离 子体已经得以实现，以磁性等离子体方式进行能量振荡的优势在于低的辐射损耗和更长 的传播长度。有如文献 2 :"J. Zhou, Th. Koschny, Μ. Kafesaki, et al, PHTSICAL REVIEW LETTERS, 2005 (95) =223902"报道的单个开口环谐振器结构在高频时将会出现磁性响应饱 和，同时存在结构复杂、开口环开口尺寸微小的制作工艺难题，相比之下纳米三明治结构可 工作在更高频段、实现工艺简单，因而成为关注的焦点。基于纳米三明治结构内磁性等离子体振荡模式的优势，有如文献3 :‘‘Z. H. Zhu， H. Liu, S. Μ. Wang, et al, APPLIED PHYSICS LETTERS, 2009 (94) : 103106” 报道了基于纳米 三明治结构内两种磁性等离子体模式的纳米激光器的设计方案。有如文献4 :"S. Μ. Wang， Ζ. H. Zhu, J. Χ. Cao, et al, APPLIED PHYSICS LETTERS, 2010 (96) :113103” 报道了基于纳米 三明治结构磁性等离子体模式的链状波导设计方案。但都未给出该类设计中最根本的磁性 等离子体模式谐振波长的控制选择方案。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种分析调控纳米三明治结构谐振波长的等效电路 方法，利用该方法，能够有效地推断该类结构内磁性等离子体模式的发生及其变化趋势，进 而对振荡模式谐振波长做出准确的控制和选择，为基于该类纳米结构的新型器件的设计以 及实现提供指导和依据。为达到上述目的，本发明提供了一种分析调控纳米三明治结构谐振波长的等效电 路方法，包括如下步骤 步骤1 将纳米三明治结构视为等效LC电路，以LC电路谐振比拟纳米三明治结构 内磁性等离子体模式谐振；
步骤2 求解LC电路谐振的阻抗方程，该阻抗方程为=
权利要求
1.一种分析调控纳米三明治结构谐振波长的等效电路方法，包括如下步骤步骤1 将纳米三明治结构视为等效LC电路，以LC电路谐振比拟纳米三明治结构内磁 性等离子体模式谐振；步骤2 求解LC电路谐振的阻抗方程，该阻抗方程为
2.根据权利要求1所述的分析纳米三明治结构的谐振波长的等效电路方法，所述方法 适用于该类结构内反对称的磁性等离子体谐振模式。
3.根据权利要求1所述的分析纳米三明治结构的谐振波长的等效电路方法，其中所述 等效LC电路设定为，当纳米三明治内磁性等离子体模式建立后，三明治结构的金属层视为 电感L，三明治结构两侧的金属-介质-金属层视为电容C。
4.根据权利要求1所述的分析纳米三明治结构的谐振波长的等效电路方法，其中所述 LC电路的电感L以及电容C均由纳米三明治结构和材料参数拟合，该方法给出的LC电路 的谐振波长公式表达，明晰磁性等离子体模式谐振波长同纳米三明治各结构参数之间的联 系，依据公式表达，通过调整纳米三明治各结构和材料参数，实现波长控制及选择。
全文摘要
一种分析调控纳米三明治结构谐振波长的等效电路方法，包括如下步骤步骤1将纳米三明治结构视为等效LC电路，以LC电路谐振比拟纳米三明治结构内磁性等离子体模式谐振；步骤2求解LC电路谐振的阻抗方程，该阻抗方程为其中ω是谐振电路角频率，L是谐振电路电感，C是谐振电路电容，j是单位虚数；步骤3得出LC电路的谐振频率方程为其中f是电路谐振频率，L是谐振电路电感，C是谐振电路电容，π是圆周率；步骤4根据LC电路的振荡频率方程，对纳米三明治结构内的模式谐振波长进行分析和调控。
文档编号H03H7/01GK102064784SQ201110023120
公开日2011年5月18日 申请日期2011年1月20日 优先权日2011年1月20日
发明者付非亚, 刘安金, 周文君, 晏新宇, 王宇飞, 郑婉华 申请人:中国科学院半导体研究所