[發明專利]低深寬比的電介質幾何相位超表面材料及其結構優化方法

有效

• 申請號: 201810307417.0
• 申請日: 2018-04-08
• 公開（公告）號: CN108490509B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: 鄭國興;鄧娟;陶金;武霖;劉子晨;鄧聯貴;戴琦;付嬈;李子樂;劉勇;毛慶洲;李松
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G02B1/00
• 分類號: G02B1/00;G02F1/01
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 張火春

本發明公開的低深寬比的電介質幾何相位超表面結構材料及其結構優化方法，所述的電介質幾何相位超表面結構材料包括基底、基底上的反射層、反射層上的多光束干涉層、以及若干尺寸一致的電介質納米磚呈周期性排布于多光束干涉層上所構成的電介質納米磚陣列；所述的電介質納米磚陣列用來接收垂直入射的圓偏振光，并通過調節各電介質納米磚的方向來調節出射光的位相。本發明電介質幾何相位超表面結構材料的深寬比降至傳統的透射式超表面材料的一半，約1.7，從而可減輕對加工工藝的要求，使器件的成品率和量產得到保障。

技術領域

本發明涉及微納光學領域，尤其涉及低深寬比的電介質幾何相位超表面材料及其結構優化方法。

背景技術

近年來，以超表面材料(metasurfaces)為代表的新一代人工電磁結構材料已經成為諸多領域關注的熱點。隨著超表面獨特的光學性質和許多新穎的物理現象不斷地被發現，產業界迫切的期待著其能夠引領新一輪的光電子產業革命。然而，雖然科學家們聲稱超表面工藝與現有的半導體工藝完全兼容，事實上其制造卻在不斷挑戰當前半導體工藝加工的極限，在量產方面更是缺乏行之有效的發展思路。比如被《科學》雜志評為2016年全球十大科技突破之一的二氧化鈦超表面透鏡，其微納結構的深寬比高達15^[1]，傳統半導體工藝無法保證其所需的最低工藝誤差要求。即便是采用了文中提到的原子層沉積(ALD)工藝，在器件的成品率和量產方面仍然無法保障，更何況高深寬比器件在成像漸暈和軸外點像差矯正等方面的表現也不盡人意。因此，亟待尋找可行的途徑解決學術界和產業界的脫鉤。

文中涉及如下文獻：

[1]Khorasaninejad M,Chen WT,Devlin RC,Oh J,Zhu AY,CapassoF.2016.Metalenses at visible wavelengths:Diffraction-limited focusing andsubwavelength resolution imaging.Science 352(6290):1190-4.

發明內容

本發明的目的是提供低深寬比的電介質幾何相位超表面材料及其結構優化方法，以使超表面材料和半導體工藝兼容。

本發明提供的低深寬比的電介質幾何相位超表面結構材料，包括：

基底；

基底上的反射層；

反射層上的多光束干涉層(即F-P層)；

若干尺寸一致的電介質納米磚呈周期性排布于多光束干涉層上所構成的電介質納米磚陣列；

所述的電介質納米磚陣列用來接收垂直入射的圓偏振光，并通過調節各電介質納米磚的方向來調節出射光的位相。

進一步的，反射層的制備材料為工作波長下反射率高于0.90的金屬。

作為優選，所述的反射層的制備材料為金或銀。

進一步的，多光束干涉層的制備材料為工作波長下的無損材料。

作為優選，所述的多光束干涉層的制備材料為熔融石英或氟化鎂。

進一步的，電介質納米磚的制備材料為折射率大于3.2的電介質材料；

作為優選，所述的電介質納米磚結構的制備材料為硅。

本發明提供的低深寬比的電介質幾何相位超表面材料的結構優化方法，包括：

(1)優化結構參數，獲得優化后的電介質納米磚單元，具體為：