[發明專利]一種亞波長反射式一維金屬波片的制備方法

有效

• 申請號: 201710572342.4
• 申請日: 2015-05-29
• 公開（公告）號: CN107203018B
• 公開（公告）日: 2019-07-26
• 發明（設計）人: 王欽華;胡敬佩;李瑞彬;趙效楠;王淼;陳玲華;許富洋;曹冰
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: G02B5/30
• 分類號: G02B5/30
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒;孫周強

本發明提供了一種亞波長反射式一維金屬波片的制備方法，其能夠在不同度的波段實現二分之一和四分之一波片的功能，所述波片包括介質光柵和設置在其上的金屬層；納米介質光柵結構設置上一層類光柵金屬層，介質光柵的周期為80～350nm，占空比為0.3～0.8，厚度為50～200nm，金屬層的厚度比介質光柵厚度30nm以上（層間距大于30nm）。介質層的材料可為SiO₂、MgF₂、PMMA，金屬層為金、銀、鋁、鎘等反射率高的材料。本發明具有結構簡單，易于制作等優點，在以后的光學傳感系統、先進的納米光子器件以及集成光學系統中，具有很大的應用價值。

本申請為申請號為201510285816.8的中國發明專利申請的分案申請，原申請的申請日為：2015年5月29日，申請號為：201510285816.8，發明名稱為：一種亞波長反射式一維金屬波片及其制備方法。

技術領域

本發明涉及光學元件制備技術，具體涉及一種亞波長反射式一維金屬波片及其制備方法。

背景技術

在光的研究與應用領域，光的偏振態的產生與轉換控制是至關重要的。偏振是波片的屬性，傳統的光偏振態產生與控制器件大多都是利用雙折射晶體材料，當光入射到雙折射晶體時，由于沿平行和垂直光軸的兩個正交方向具有不同的光學折射率，因此當光透過雙折射晶體時透射光會在這兩個正交方向上產生位相差，從而改變光的偏振態。傳統晶體波片作為一種重要的光學器件，受到物理尺寸的限制，難以滿足微納光電子集成的要求。探索和研究基于新原理的易于微納光電子集成的波片顯得十分迫切。

由于金屬與介質的表面能夠產生表面等離子共振來控制光與物質的相互作用，當前亞波長金屬結構越來越引起人們的廣泛關注。Khoo和Zhao提出了透射型等離子1/4波片的結構以及實現方法，即在金屬薄膜上設計周期性的相垂直的矩形狹縫，通過控制矩形狹縫的長度、寬度、厚度以排列方式，可實現透射光在沿兩狹縫方向上的振幅和位相可調，并且可以通過優化解決方案來實現在目標波長處兩正交方向上90度的位相差。2012年，Roberts等人提出了一種相似的結構即利用帶有亞波長十字形結構圖案的金屬銀薄膜，通過調節周期性陣列的十字形的幾何尺寸，可以在近紅外特定波長處實現等離子1/4波片的功能。

除了透射型偏振態轉換器件之外，由于實際需要，反射型偏振器件也引起了許多研究小組的重視。2012年，Pors等人設計了反射型等離子位相延遲器件，分別通過控制十字形、矩形結構兩臂長和邊長，來控制相互垂直的電偶極子的散射共振，從而在特定波長處實現反射式位相延遲器的功能。2013年，王欽華等人利用亞波長矩形環結構實現了反射型四分之一波片的功能。該波片包括第一層金屬層、玻璃層、第二層金屬層。其中，第二層金屬層由若干周期性的二維矩形環陣列構成，通過控制矩形環的臂長和臂寬來控制反射場正交分量的相位差。2014年，E. A. Shaner等人設計并制作了可調諧多波段反射式半波片，該波片包括第一層金屬層、玻璃層、第二層金屬光柵層。通過調節入射角度可以在不同波長實現半波片的功能。

綜合上述結構，大多是二維結構而且需要通過刻蝕金屬來制作。由于金屬的刻蝕難度大，因此上述結構都存在工藝比較復雜，制作難度大的問題。為了克服現有技術難題，本發明提出一種亞波長反射式一維金屬波片，該波片在不同度的波段實現了二分之一和四分之一波片的功能。

發明內容

本發明的目的是提供一種亞波長反射式一維金屬波片；其制作簡單，在不同度的波段實現了二分之一和四分之一波片的功能，在光學傳感系統、先進的納米光子器件以及集成光學系統中，具有很大的應用價值。

為達到上述發明目的，本發明采用的技術方案是：一種亞波長反射式一維金屬波片，包括納米介質光柵及位于所述納米介質光柵上的金屬層；所述金屬層與所述納米介質光柵之間無間隙；所述金屬層上表面設有類光柵結構；所述納米介質光柵的周期為80～350nm，占空比為0.3～0.8，厚度為50～200nm。