[發明專利]一種柔性超表面結構

有效

• 申請號: 201710139968.6
• 申請日: 2017-03-09
• 公開（公告）號: CN106918850B
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發明（設計）人: 李彤;陳良惠;宋國峰;江宇;宋甲坤;韋欣;徐云
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: G02B1/00
• 分類號: G02B1/00;G02B5/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

本發明公開了一種柔性超表面結構，涉及超材料技術領域。柔性超表面結構由柔性襯底以及該襯底上周期排布的多個亞波長微納結構重復單元構成，通過特定設計的亞波長微納結構重復單元在外加應力的情況下，改變亞波長微納結構中的亮模式和暗模式的相互作用強度，獲得了具有高透過率、高品質因子的表面等離子體耦合共振峰，并且獲得了較大的群折射率。該結構設計簡單，易于制備，實現了超表面結構表面等離子體耦合共振現象動態可調，對于超表面結構在等離子體傳感、光開關和慢光器件等技術領域的應用展現了更廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及超材料技術領域，尤其涉及一種柔性超表面結構。

背景技術

超材料(metamaterials)是指自然界中不存在的，具有人工設計的特殊結構并展現超常物理特性的復合材料，例如具有負折射率、法諾共振、完美吸收等超常物理特性。基于超材料制備的超表面結構在等離子體傳感、光開關和慢光器件等技術領域具有較高的應用潛力。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明主要解決的問題：如何在超材料制備的超表面結構上實現表面等離子體耦合現象的動態可調，從而擴大超表面結構的應用范圍。

(二)技術方案

為解決上述問題，本發明主要通過兩個相互獨立的共振單元周期性排布在柔性襯底上，由于柔性襯底的可延展特性，可以通過外加應力改變兩個共振單元的間距，從而改變兩種模式的耦合強度實現等離子體耦合現象的動態可調。通過外加應力的作用可以實現表面等離子耦合峰位的調節。

本發明提出了一種柔性超表面結構，包括：亞波長微納結構重復單元和柔性襯底，多個亞波長微納結構重復單元呈周期性排布在柔性襯底上，亞波長微納結構重復單元用于在柔性襯底上產生等離子體耦合共振；以及柔性襯底用于實現等離子體耦合共振現象柔性動態可調。

亞波長微納結構單元包括：第一亞波長微納結構和第二亞波長微納結構，第一亞波長微納結構與第二亞波長微納結構組合排布在同一表面上，用于接收正入射的平面波。

正入射的平面波用于激發第一亞波長微納結構中的電共振模式作為亮模式；以及第一亞波長微納結構中的亮模式用于激發第二亞波長微納結構的耦合共振模式作為暗模式。

第一亞波長微納結構中的亮模式和第二亞波長微納結構中的暗模式在頻率上接近。第一亞波長微納結構中的亮模式和第二亞波長微納結構中的暗模式用于在柔性襯底上相消干涉產生一個透明區域，產生表面等離子體耦合共振。

亞波長微納結構重復單元用于接收外加應力以改變第一亞波長微納結構和第二亞波長微納結構之間的間距。第一亞波長微納結構和第二亞波長微納結構之間的間距與第一亞波長微納結構中的亮模式和第二亞波長微納結構中的暗模式之間的相互作用強度具備一一對應的關系。

第一亞波長微納結構和第二亞波長微納結構的制備材料是金屬材料：金、銀、鋁、銅，或高折射率電介質材料：硅、鍺、三氧化二鋁、二氧化鈦、氧化鋅中的一種。柔性襯底具有可彎曲、變形、生物兼容、高透明度以及良好穩定性的特點，其制備材料是PDMS(聚二甲基硅氧烷，polydimethylsiloxane)、polyimide(聚酰亞胺)、PET(聚酯)、PEN(聚苯二甲酸乙二醇酯)、BCB(雙對氯甲基苯，p-bis(chloromethyl)benzene)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯，polymethyl methacrylate)、Polypropylene(聚丙烯)、Parylene(聚對二甲苯)、SU8(一種光刻膠，SU8為其型號)或Polystyrene(聚苯乙烯)中的一種，這些材料具有良好的化學穩定性、透氣性、透光性、彈性、生物兼容性，并能與傳統半導體微納加工集成技術很好的兼容。