[發(fā)明專利]一種陣列式窄帶濾光片及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910325922.2
• 申請日: 2019-04-23
• 公開（公告）號: CN110007386B
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發(fā)明（設計）人: 高勁松;高勁柏;王笑夷;楊海貴;劉海;王延超
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G02B5/20
• 分類號: G02B5/20;G02B5/18;G02B5/00;C23C14/35;C23C14/30;C23C14/18;C23C14/04
• 代理公司: 深圳市科進知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 曹衛(wèi)良

本發(fā)明涉及一種陣列式窄帶濾光片，包括基底和相互雜化嵌套在基底上的第一光柵和第二光柵，第一光柵和第二光柵構成等離激元復合光柵，等離激元復合光柵周期為第一光柵和第二光柵的寬度之和；第一光柵沿著基底由下而上依次包括底部金屬層、介質層、頂部金屬層，第二光柵沿著基底由下而上依次包括介質層、頂部金屬層，本發(fā)明的濾光片解決了現(xiàn)有等離激元濾光片高透射和窄線寬難以兼顧和較差帶外抑制的問題；本發(fā)明還提供了一種陣列式窄帶寬濾光片制備方法，利用該制備方法制備的濾光片具有低成本，窄線寬，弱旁峰和小型化等優(yōu)異特性，在生物化學傳感、氣焰檢測、多光譜成像等方面具有極高的應用前景和價值。

技術領域

本發(fā)明涉及一種多通道微納濾光片領域，具體涉及一種陣列式窄帶濾光片及其制備方法。

背景技術

等離激元學是納米光子學的重要分支，在現(xiàn)代具有深遠意義。它主要研究在波長(或亞波長)下光和物質的相互作用。利用該理論制備出的等離子體超表面，其光學性質取決于結構所采納材料的介電性質和系統(tǒng)的幾何形狀。通過精巧設計，可以自由操控作用光場的幅度，偏振，相位和能量等信息。表面等離極化激元(surface plasmon polaritons)簡稱SPPs在該體系下無疑具有代表性，它所具備的強局域和高束縛特性，可以在大幅度限制和增強光場的同時極度壓縮結構厚度，使其遠遠小于工作波長，甚至超越衍射極限。這有利于減小光學元件和系統(tǒng)的空間尺寸，進一步實現(xiàn)小型化和集成化。

上世紀末，Ebbesen等人在Nature報道了一項關于通過亞波長孔陣列實現(xiàn)異常透射的開創(chuàng)性研究。該實驗通過孔陣列的周期性調(diào)制將入射光與金屬表面的自由電子相耦合，形成存在于不透明金屬膜界面處的SPPs，隨后將被激勵的SPPs再次轉換為出射光子，從而觀察到特殊的反射和透射效應。這類結構突破了傳統(tǒng)光學薄膜對于光場調(diào)控的限制，無需如傳統(tǒng)的多層薄膜結構組成的F-P型濾光片要在波長量級的共振腔內(nèi)控制透射級次，具有低成本，精操控，小型化和易集成的優(yōu)異特性，特別適合與探測器相集成應用在諸如氣體檢測，化學生物傳感，多光譜成像等工作中。不過，基于SPPs原理設計的濾光片，雖然可以通過結構調(diào)制精確控制工作波長，但由于SPPs激勵需要金屬材料的存在，這無疑會對透射效率帶來損失。而表面等離激元濾光片高透射和窄線寬是難以同時兼顧的，較差的帶外抑制也使得透射主峰附近常觀察到不必要的旁峰。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術問題，本發(fā)明的目的之一在于提供一種陣列式窄帶濾光片，解決等離激元濾光片高透射和窄線寬難以兼顧和較差帶外抑制的問題；

本發(fā)明的目的之二在于提供一種陣列式窄帶濾光片的制備方法，利用該制備方法制備的濾光片具有低成本，窄線寬，弱旁峰和小型化等優(yōu)異特性，在生物化學傳感、氣焰檢測、多光譜成像等方面具有極高的應用前景和價值。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一方面采用的技術方案是：提供一種陣列式窄帶濾光片，包括基底和相互雜化嵌套在基底上的第一光柵和第二光柵，所述第一光柵和第二光柵構成等離激元復合光柵，所述等離激元復合光柵周期為第一光柵和第二光柵的寬度之和；

所述第一光柵沿著基底由下而上依次包括底部金屬層、介質層、頂部金屬層，所述第二光柵沿著基底由下而上依次包括介質層、頂部金屬層。

進一步的，所述第一光柵和第二光柵的介質層、頂部金屬層厚度對應相同。

進一步的，所述第一光柵、第二光柵的介質層與基底材料相同，均為二氧化硅，所述第一光柵的底部金屬層、頂部金屬層以及第二光柵的頂部金屬層所用材料均為金。

進一步的，所述第一光柵的寬度為W1,第二光柵的寬度為W2，寬度占比W2/W1的范圍為0.6-1.6。

進一步的，所述等離激元復合光柵周期為a，a的取值范圍為1.8-2.2μm。

本發(fā)明另一方面提供了一種陣列式窄帶濾光片的制備方法，包括以下步驟：