[發(fā)明專利]一種基于左手材料的楔形光波導的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810236470.2
• 申請日: 2008-12-25
• 公開（公告）號: CN101762846A
• 公開（公告）日: 2010-06-30
• 發(fā)明（設計）人: 趙曉鵬;宋坤
• 申請（專利權）人: 西北工業(yè)大學
• 主分類號: G02B6/13
• 分類號: G02B6/13;G02B6/132
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及一種楔形光波導的制備方法，特別涉及一種基于左手材料且對可見光具有特殊響應的楔形光波導的制備方法。

背景技術

左手材料(Left-handed?metamaterials，LHMs)是一種介電常數(shù)和磁導率同時為負的人工周期性結構材料，由于在其中傳播的電磁波的相速度和群速度方向相反，因而表現(xiàn)出一系列反常的電磁特性，如負折射效應、反常多普勒效應及完美透鏡效應等。隨著大量理論研究工作的進行，左手材料的一些新奇特性逐漸為人們所認識。新的理論研究結果表明，當光穿過摻雜有微小的不同形狀和排列方式的金屬透明介質時，光的傳播方式會發(fā)生改變。“Trapped?rainbow”模型從理論上證明了一種以左手材料為芯并且沿軸向變化的異質結構能夠有效而連貫地使光波完全停頓。根據(jù)“Trapped?rainbow”模型，不同頻率的光波停止在不同厚度的波導處，從而導致了光波譜的空間分離和“捕獲彩虹”的形成。

目前，制備光頻段左手材料主要使用的是“自上而下”的物理刻蝕技術，但是這種方法設備昂貴、工藝復雜、制備成本高，而且制備樣品的尺寸只能達到平方微米量級，因而極大地限制了光頻段左手材料的研究和應用。而“自下而上”的化學電沉積方法則可以通過控制實驗條件，更容易地實現(xiàn)納米尺度金屬結構的制備，從而為光頻段左手材料的研究與應用提供了一種新途徑。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種基于左手材料的楔形光波導的制備方法。這種制備方法是以透明的氧化銦錫導電玻璃(ITO導電玻璃)為基底，在基底上鍍一層PVA薄膜，加熱使PVA薄膜固化。然后采用化學電沉積法在處理后的基底上制備銀樹枝狀結構，再在制備的銀樹枝狀結構表面涂覆一層PVA薄膜。另取一片ITO導電玻璃，在其上多次涂覆PVA薄膜，并且每次涂覆過程中逐漸縮短PVA薄膜的長度，從而得到一種近似楔形結構的PVA絕緣膜。將二者面向疊合即得到了一種中間層為左手材料的楔形光波導。取一片采用上述方法制備的表面涂覆PVA薄膜的銀樹枝狀結構，將其與一片未涂覆PVA薄膜的銀樹枝狀結構面向疊合組裝成多層結構左手材料。然后將兩片多層結構左手材料樣品以0.3°～1.5°的夾角搭成兩端開口的楔角結構，則得到一種兩邊為左手材料，中間部分為空氣層的楔形光波導。

附圖說明

圖1楔形光波導的制備過程示意圖

(a)中間層為左手材料的楔形光波導

(b)兩邊為多層結構左手材料，中間部分為空氣層的楔形光波導

圖2納米銀樹枝狀結構的化學電沉積制備裝置示意圖

圖3沉積電壓為0.9V，沉積時間為90s時制備的銀樹枝狀結構的SEM照片

圖4楔形光波導樣品I的透射率曲線

圖5楔形光波導樣品II所采用的兩片多層結構左手材料的透射率曲線

(a)夾在兩層導電玻璃之間的三層有機膜的透射曲線(對應右邊縱坐標)

(b)多層結構左手材料樣品1(對應左邊縱坐標)

(c)多層結構左手材料樣品2(對應左邊縱坐標)

圖6光束平行入射到楔形光波導樣品I，在垂直于樣品表面方向上的光學測試曲線

圖7光束平行入射到楔形光波導樣品II，在垂直于樣品表面方向上的光學測試曲線

具體實施方式

1.PVA溶液的配制：準確稱取2.5g聚乙烯醇(分析純)置于500ml燒杯中，加入500ml超純水，攪拌加熱至沸騰，待聚乙烯醇(PVA)全部溶解后停止加熱，冷卻至室溫后轉入500ml容量瓶，并補加超純水至刻度(加熱溶解時有部分水分被蒸發(fā))，即得質量分數(shù)為0.5％的PVA溶液。

2.ITO導電玻璃基底的處理：將大塊ITO導電玻璃用皂粉和超純水充分清洗，然后采用滴涂法，以質量分數(shù)為0.5％的PVA超純水溶液作為涂液，在其導電面上涂覆一層均勻的PVA薄膜，放在真空干燥箱內室溫晾干。把鍍膜后的ITO玻璃放在電熱鼓風干燥箱內，在170℃下加熱30min，使PVA薄膜脫脂醚化而不溶于水。冷卻后切割成1cm×5cm的小片。

3.電解液的制備：將1.2g聚乙二醇-20000加入5mL超純水中，充分溶解，在混合液中加入5ml硝酸銀溶液(質量分數(shù)16.7％)，在冰浴條件下低速攪拌溶解，同時將混合液置于白熾燈下照射20min～50min，然后將其轉入棕色磨口試劑瓶，在避光、4℃下陳化24h以上，即可得到電解液。