阅读说明：本技术 基于金属-介质-金属的增强吸收的结构、装置及系统 (Metal-medium-metal based enhanced absorption structures, devices and systems ) 是由 景志敏 李颖 张中月 白瑜 李琪 张梓彦 于 2019-12-06 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种基于金属-介质-金属的增强吸收的结构、装置及系统,具体而言,涉及光学结构领域。本申请的增强吸收的结构通过将嵌套部设置在金属基底上,并且该第一金属柱、介质层和第二金属柱之间形成了金属-介质-金属结构,金属-介质-金属结构在垂直于该嵌套部的方向上形成了复合式柱体结构,当光照射在该结构上时,该结构的嵌套部上形成了表面等离激元,使得该嵌套部的第一金属和第二金属表面的区域的自由电子和光子相互作用形成了的电磁振荡,使得光与该结构的耦合情况加强,进而使得照射到该结构上的光更易通过嵌套部传输到金属基底,从而提高该结构对光的吸收率。(The invention relates to a structure, a device and a system for enhancing absorption based on metal-medium-metal, in particular to the field of optical structures. The nested part is arranged on the metal substrate, the metal-medium-metal structure is formed among the first metal column, the dielectric layer and the second metal column, the composite cylinder structure is formed on the metal-medium-metal structure in the direction perpendicular to the nested part, when light irradiates on the structure, surface plasmons are formed on the nested part of the structure, electromagnetic oscillation is formed by interaction of free electrons and photons in the area of the surfaces of the first metal and the second metal of the nested part, the coupling condition of the light and the structure is enhanced, the light irradiating on the structure is enabled to be easier to be transmitted to the metal substrate through the nested part, and therefore the light absorption rate of the structure to the light is improved.)

基于金属-介质-金属的增强吸收的结构、装置及系统

技术领域

本发明涉及光学结构领域，具体而言，涉及一种基于金属-介质-金属的增强吸收的结构、装置及系统。

背景技术

吸收率是指投射到物体上而被吸收的热辐射能与投射到物体上的总热辐射能之比称为该物体的吸收率，在光学领域中，光学器件的吸收率是表征光学器件的光学特性的重要指标。

传统的提高光学器件的吸收率的方法是在光学器件表面镀膜，当光线照射到光学器件表面的时候，光学薄膜和光学器件均对光线进行吸收，使得该光学器件对光线的吸收情况增加。

但是，一般在光学器件上镀膜，成本较高，难度较大，对光学器件的吸收率提高情况有限。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种基于金属-介质-金属的增强吸收的结构、装置及系统，以解决现有技术在光学器件上镀膜，成本较高，难度较大，对光学器件的吸收率提高情况有限。的问题。

为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种基于金属-介质-金属的增强吸收的结构，结构包括：金属基底和嵌套部，嵌套部设置在金属基底上；

嵌套部包括第一金属柱、介质层和第二金属柱，且第一金属柱为实心结构，介质层和第二金属柱均为空心结构，介质层嵌套在第一金属柱外部，第二金属柱嵌套在介质层外部。

可选地，该结构包括石墨烯薄膜，石墨烯薄膜覆盖在金属基底远离嵌套部的一端。

可选地，该金属基底的材料为金。

可选地，该第一金属柱和第二金属柱的材料为金。

可选地，该介质层的材料为二氧化硅。

可选地，该金属基底的形状为正方体，且正方体的边长为400纳米，高为50纳米。

可选地，该第一金属柱、介质层和第二金属柱的形状均为长方体。

可选地，该长方体的高度为500纳米，第一金属柱的边长为100纳米，介质层的边长为150纳米、第二金属柱的边长为200纳米。

第二方面，本申请实施例提供了另一种基于金属-介质-金属的增强吸收的装置，装置包括多个第一方面任意一项的结构，多个结构通过金属基底固定连接。

第三方面，本申请实施例提供了又一种基于金属-介质-金属的增强吸收的系统，系统包括：光强检测装置和权利要求9的增强吸收的装置，光强检测装置与增强吸收的装置连接，用于检测增强吸收的装置对光的吸收率。

本发明的有益效果是：

本申请的增强吸收的结构通过将嵌套部设置在金属基底上，嵌套部包括第一金属柱、介质层和第二金属柱，且第一金属柱为实心结构，介质层和第二金属柱均为空心结构，介质层嵌套在第一金属柱外部，第二金属柱嵌套在介质层外部，使得该第一金属柱、介质层和第二金属柱之间形成了金属-介质-金属结构，金属-介质-金属结构在垂直于该嵌套部的方向上形成了复合式柱体结构，当光照射在该结构上时，该结构的嵌套部上形成了表面等离激元，使得该嵌套部的第一金属和第二金属表面的区域的自由电子和光子相互作用形成了的电磁振荡，使得光与该结构的耦合情况加强，进而使得照射到该结构上的光更易通过嵌套部传输到金属基底，从而提高该结构对光的吸收率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明一实施例提供的一种基于金属-介质-金属的增强吸收的结构的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的一种基于金属-介质-金属的增强吸收的结构的吸收效果图；

图3为本发明一实施例提供的另一种基于金属-介质-金属的增强吸收的结构的吸收效果图；

图4为本发明一实施例提供的另一种基于金属-介质-金属的增强吸收的结构的结构示意图；

图5为本发明一实施例提供的一种基于金属-介质-金属的增强吸收的装置的结构示意图；

图6为本发明一实施例提供的另一种基于金属-介质-金属的增强吸收的装置的结构示意图。

图标：10-金属基底；20-嵌套部；21-第一金属柱；22-介质层；23-第二金属柱；30-石墨烯薄膜。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明一实施例提供的一种基于金属-介质-金属的增强吸收的结构的结构示意图，如图1所示，本申请实施例提供了一种基于金属-介质-金属的增强吸收的结构，结构包括：金属基底10和嵌套部20，嵌套部20设置在金属基底10上；嵌套部20包括第一金属柱21、介质层22和第二金属柱23，且第一金属柱21为实心结构，介质层22和第二金属柱23均为空心结构，介质层22嵌套在第一金属柱21外部，第二金属柱23嵌套在介质层22外部。

该结构为第一金属柱21、介质层22和第二金属柱23依次嵌套在一起形成嵌套部20，一般的，该第一金属柱21、介质层22和第二金属柱23的形状可以为圆柱体，也可以为长方体，为了清楚的说明，在此以该第一金属柱21、介质层22和第二金属柱23的形状为长方体进行说明，该介质层22为空心结构，且该介质层22的内部空心结构的边长略大于该第一金属柱21的外部边长，该第二金属柱23也为空心结构，且第二金属柱23的内部空心结构的边长略大于该介质层22的外部边长，该第一金属柱21、介质层22和第二金属柱23进行嵌套的时候，可以存在一定的间隙，也可以是过盈配合，在此不做限定。

图2为本发明一实施例提供的一种基于金属-介质-金属的增强吸收的结构的吸收效果图，如图2所示，其中，图2中的纵坐标表示该结构对光的吸收率，横坐标表示波长，图2中周围环境的折射率不变，通过图2可知，该结构对波长为1280纳米的光的吸收率约为94.2％，图3为本发明一实施例提供的另一种基于金属-介质-金属的增强吸收的结构的吸收效果图，如图3所示，将该装置放置在周围环境的折射率发生改变的环境中，其中，图3中的纵坐标表示该结构对光的吸收率，横坐标表示波长，方形的点形成的折线表示周围环境的折射率为1时，该结构对光的吸收情况，圆形点的形成的折线表示周围环境的折射率为1.1时，该结构对光的吸收情况，正立三角形的点形成的折线表示周围环境的折射率为1.2时，该结构对光的吸收情况，倒立三角形的点形成的折线表示周围环境的折射率为1.3时，该结构对光的吸收情况，通过对图3进行分析，可以直观的得到当周围环境的折射率发生改变时，该结构对波长为1280纳米光的吸收率均约为94.2，则检测该结构对光的吸收率的时候，可以将该结构放置于波长为1280纳米的环境中，以排除外界环境的折射率改变对该结构对光的吸收率的影响。

图4为本发明一实施例提供的另一种基于金属-介质-金属的增强吸收的结构的结构示意图，如图4所示，可选地，该结构包括石墨烯薄膜30，石墨烯薄膜30覆盖在金属基底10远离嵌套部20的一端。

该结构中嵌套部20远离金属基底10的一端设置有石墨烯薄膜30，该石墨烯薄膜30的厚度与体积根据实际需要进行设置，在此不做具体限定，该石墨烯薄膜30的材料一般为石墨烯，可以为一层石墨烯，也可以为多层石墨烯，该石墨烯薄膜30靠近金属基底10的一侧，可以设置为粗糙面，使得该石墨烯薄膜30厚度不均匀，当光通过石墨烯薄膜30进行透射的时候，增加该结构对光的吸收率，该石墨烯薄膜30还可以为四周较厚，中间较薄的结构，中间较薄的结构区域与该嵌套部20的区域面积相同，用于将该中间较薄的区域嵌套到该嵌套部20上，使得该石墨烯薄膜30与该嵌套部20形状互补链接，进而增加该结构对光的吸收率；另外，由于该嵌套部20一端设置有石墨烯薄膜30，另一端设置有金属基底10，则该结构在垂直于嵌套部20的方向上形成了法布里-波罗腔，从而使得激发的表面等离激元经多个反射后形成了驻波，进而增加对光的吸收率。

可选地，该金属基底10的材料为金。

可选地，该第一金属柱21和第二金属柱23的材料为金。

可选地，该介质层22的材料为二氧化硅。

金具有良好的导电性，且具有较好的光电特性，则可以将金属基底10的材料设置为金；该第一金属柱21和第二金属柱23需要与照射进入的光发生耦合，则可以将该第一金属柱21和第二金属柱23均设置为金材料，该介质层22的材料为二氧化硅，使得该第一金属柱21、介质层22和第二金属柱23之间有电流产生，并发生流动，从而增加该结构对光的吸收率。

可选地，该金属基底10的形状为正方体，且正方体的边长为400纳米，高为50纳米。

该金属基底10的形状为正方体时，该正方体的边长为400纳米，高为50纳米，在实际应用中，该金属基底10可以存在多个不同的规制，相同规制的结构的尺寸相同，具体的规制根据实际情况进行设置，在此不做限定。

可选地，第一金属柱21、介质层22和第二金属柱23的形状均为长方体。

可选地，长方体的高度为500纳米，第一金属柱21的边长为100纳米，介质层22的边长为150纳米、第二金属柱23的边长为200纳米。

该第一金属柱21、介质层22和第二金属柱23的形状均为长方体时，该正方体的边长为400纳米，高为50纳米，在实际应用中，该第一金属柱21、介质层22和第二金属柱23可以存在多个不同的规制，相同规制的结构的高度相同，具体的规制根据实际情况进行设置，在此不做限定。

本申请的增强吸收的结构通过将嵌套部20设置在金属基底10上，嵌套部20包括第一金属柱21、介质层22和第二金属柱23，且第一金属柱21为实心结构，介质层22和第二金属柱23均为空心结构，介质层22嵌套在第一金属柱21外部，第二金属柱23嵌套在介质层22外部，使得该第一金属柱21、介质层22和第二金属柱23之间形成了金属-介质-金属结构，金属-介质-金属结构在垂直于该嵌套部20的方向上形成了复合式柱体结构，当光照射在该结构上时，该结构的嵌套部20上形成了表面等离激元，使得该嵌套部20的第一金属和第二金属表面的区域的自由电子和光子相互作用形成了的电磁振荡，使得光与该结构的耦合情况加强，进而使得照射到该结构上的光更易通过嵌套部20传输到金属基底10，从而提高该结构对光的吸收率。

图5为本发明一实施例提供的一种基于金属-介质-金属的增强吸收的装置的结构示意图，如图5所示，本申请实施例提供了另一种基于金属-介质-金属的增强吸收的装置，装置包括多个上述任意一项的结构，多个结构通过金属基底10固定连接。

多个结构周期设置，形成了增强吸收的装置，需要说明的是，该装置中的多个结构的规制均相同。

图6为本发明一实施例提供的另一种基于金属-介质-金属的增强吸收的装置的结构示意图，如图6所示，可选地，该装置中嵌套部20远离金属基底10的一端覆盖有石墨烯薄膜30，且该石墨烯薄膜30为一个整体。

可选地，由于本申请中的结构对光的吸收率不随外界环境的折射率改变而改变，则本申请实施例提供了另一种温度传感器，包括上述基于金属-介质-金属的增强吸收的装置，由于该装置处在1280纳米附近对光的吸收情况，不随折射率的变化而改变，从而可以通过对结构共振特性的测量获知温度的变化。这种温度传感器排除了折射率引起的变化，结果更加精确可靠。

本申请实施例提供了另一种基于金属-介质-金属的增强吸收的系统，系统包括：光强检测装置和上述的增强吸收的装置，光强检测装置与增强吸收的装置连接，用于检测增强吸收的装置对光的吸收率。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。