[發明專利]一種選擇吸收濾光結構

有效

• 申請號: 201310456357.6
• 申請日: 2013-09-29
• 公開（公告）號: CN103513316A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 周云;陳林森;申溯;葉燕
• 申請（專利權）人: 蘇州大學;蘇州蘇大維格光電科技股份有限公司
• 主分類號: G02B5/22
• 分類號: G02B5/22
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 唐靈;常亮

技術領域

本發明涉及一種光學濾光元件，具體涉及一種選擇吸收濾光結構，可應用于光顯示、光伏、太陽能電池和無油墨印刷等領域。

背景技術

選擇吸收主要應用在隱身、熱發射、光顯示、光伏、太陽能電池和無油墨印刷等領域。如：（1）在印刷領域，傳統的印刷技術是在紙張、塑料等材料表面通過不同顏色的油墨印刷出圖像和色彩。存在的問題是：易于褪色，且油墨中包括芳香烴、重金屬、苯、酮類等有害物質，在油墨的生產和印刷的過程中，對操作人員和環境的危害性很高。現有的設計主要集中于設計微納米結構實現品紅色、青色和黃色，對實現黑色的結構討論很少。若想實現黑色，必須實現對寬波段（波長400～700nm范圍）光的高效率吸收，且吸收特性對入射光的偏振態和入射角不敏感。（2）在太陽能電池領域，通過選擇吸收，可以增強太陽光能量的捕獲。

人們采用打孔的金屬膜、光柵結構和人工電磁介質材料等實現選擇吸收。Marcus?Diem等在Physics?Review?B79,033101,2009中采用金屬光柵-介質-金屬膜三層結構實現了太赫茲波段寬角度窄帶選擇吸收。仇旻等針對可見光波段設計了基于金屬光柵-介質-金屬膜結構的窄帶吸收器，該結構在特定波長（如583nm）實現選擇吸收。2008年Landy[1]等實現了一種基于人工電磁介質材料的電磁諧振吸收器，通過合理設計器件的物理尺寸及材料參數，能夠與入射電磁波的電磁分量產生耦合，使得特定頻率的電磁波既不產生反射也不產生透射，從而實現窄帶選擇吸收。專利“一種寬波段的近選擇吸收結構”（200910243544.X）中提出采用金屬球粒子-介質-金屬膜三層結構，通過優化粒子的直徑d及分布周期p，實現了吸收帶寬的擴展，實現了可見光波段范圍內的寬波段選擇吸收。

現有的技術存在的問題是：（1）設計的結構大都工作在單一波長，其它波長處吸收效率明顯下降，但是對用于隱身、熱發射以及能量轉換來說寬帶吸收更有使用價值；（2）對入射光的偏振態敏感，且在寬角度入射角變化范圍吸收效率退化嚴重；（3）當前的選擇吸收器主要針對微波段和太赫茲波段，主要應用在探測中，限制了在其它領域的應用。隨著微納米加工技術的發展，對可見光波段的吸收器的設計與制備將逐漸成為研究的熱點。Honghui?Shen等在太陽能電池中采用兩層銀光柵復合結構實現了400～600nm波段對入射角度不敏感的吸收。Mehdi?Keshavarz?Hedayati[2]等采用金屬層和納米混合物實現了從紫外到400～600nm波段幾乎100%的吸收。這兩種結構雖然實現了寬波段寬入射角變化范圍選擇吸收，但是制備工藝復雜。

參考文獻:

[1]Landy?N?I,Sajuyigbe?S,Mock?J?J,Smith?D?R,Padilla?W?J2008,Phys.Rev.Lett.,100,207402

[2]Mehdi?Keshavarz?Hedayati,Mojtaba?Javaherirahim,Babak?Mozooni?etc.,“Design?of?a?Perfect?Black?Absorber?at?Visible?Frequencies?Using?PlasmonicMetamaterials”,Advanced?Materials,23,5410-5414,2011。

發明內容

有鑒于此,本發明的目的是提供一種針對可見光波段的寬帶選擇吸收濾光結構，在寬入射角度變化范圍吸收效率高（大于75%，最高可達90%），且對入射光的偏振態不敏感。

根據本發明的目的提出的一種選擇吸收濾光結構，包括：基底，位于基底上的介質微納單元，位于介質微納單元上的金屬層，金屬層全覆蓋在介質微納單元上，即介質微納單元的脊部、槽部以及側壁上都覆蓋有金屬層，其中所述金屬層的介電常數的虛部需大于介電常數的實部的絕對值。

優選的，所述基底為透明柔性材料。

優選的，所述金屬層的材質為鎳、鉻或鈦。

優選的，所述介質微納單元的排列為周期性或者準周期性排列。

優選的，所述介質微納單元的排列為周期性排列時，排列方式可以是四邊形或蜂窩形，微納單元的形狀可以是納米正方形柱子、納米圓形柱子、納米三角形柱子、納米橢圓形柱子中的一種。

優選的，所述介質微納單元的周期小于400nm。