[發明專利]一種全金屬光吸收器及其制備方法

有效

• 申請號: 202010639467.6
• 申請日: 2020-07-06
• 公開（公告）號: CN111650677B
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 熊翔;曾昭源;王茜;王牧;彭茹雯;郝西萍
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G02B5/00
• 分類號: G02B5/00
• 代理公司: 江蘇斐多律師事務所 32332
• 代理人: 向妮

1.一種全金屬光吸收器，其特征在于，包括金屬襯底及布置在金屬襯底上表面周期性排列的金屬微結構單元；所述金屬微結構單元為圓弧形金屬薄膜結構，所述金屬薄膜的截面為圓弧形，圓弧的弧面與襯底接觸，開口背離襯底；所述圓弧形金屬薄膜的圓弧張角θ為180度，旋轉角度φ為0度，所述張角是指圓弧的圓心角，所述旋轉角度是指圓弧兩端的連線與水平方向的角度；所述圓弧形金屬薄膜的厚度t與其采用的金屬材料的電阻率相匹配以獲得最佳光吸收效果；

所述圓弧形金屬薄膜的長度l不小于工作波長的5倍，寬度即為圓弧的弧長；

所述金屬襯底的厚度h能滿足入射光的透射率接近0；所述工作波長是指光吸收器具有最大吸收率的波長，所述吸收率＝1-透射率-反射率；

工作波長的入射光，垂直射到光吸收器表面且偏振方向垂直于金屬微結構單元長度方向時，光的透射率為0，反射率接近于0，吸收率接近1；工作波長的入射光，垂直射到光吸收器表面且偏振方向平行于金屬微結構單元長度方向時，入射光的反射率超過90％；

所述圓弧形金屬薄膜結構在金屬襯底上表面沿著x方向進行周期性排列，圓弧形金屬薄膜結構的長度l沿y方向設置。

2.如權利要求1所述的全金屬光吸收器，其特征在于，所述工作波長的入射光，垂直射到光吸收器表面且偏振方向垂直于金屬微結構單元長度方向時，光的透射率為0，吸收率不小于95％。

3.如權利要求2所述的全金屬光吸收器，其特征在于，所述工作波長的入射光，垂直射到光吸收器表面且偏振方向垂直于金屬微結構單元長度方向時，光的透射率為0，吸收率不小于99％。

4.如權利要求1所述的全金屬光吸收器，其特征在于，所述張角θ的容忍度為140～220度；所述容忍度是工作波長的入射光垂直射到光吸收器表面且偏振方向垂直于金屬微結構單元長度方向時，光的透射率為0，吸收率不小于90％。

5.如權利要求1所述的全金屬光吸收器，其特征在于，所述旋轉角度φ的容忍度不大于30度；所述容忍度是工作波長的入射光垂直射到光吸收器表面且偏振方向垂直于金屬微結構單元長度方向時，光的透射率為0，吸收率不小于90％。

6.如權利要求1所述的全金屬光吸收器，其特征在于，所述金屬襯底具有光滑平整的上表面且厚度h不小于50nm。

7.如權利要求1所述的全金屬光吸收器，其特征在于，所述金屬微結構單元的排列周期a為700nm；所述圓弧的內徑R＝200nm，外徑為R+t。

8.如權利要求1所述的全金屬光吸收器，其特征在于，所述金屬微結構單元和金屬襯底選用金屬材料不要求一致，所述金屬材料為金、銀、鉑、銅、鋁、鐵中的任意一種。

9.如權利要求8所述的全金屬光吸收器，其特征在于，所述金屬微結構單元的材料為金屬鋁，金屬微結構單元的厚度t為10nm，工作波長為1630nm；所述金屬微結構單元的材料為金屬銅時，金屬微結構單元的厚度t為15nm，工作波長為2040nm。

10.一種方法，其特征在于，用于制備權利要求1至9任意一項所述的全金屬光吸收器，具體包括：

制備光吸收器的金屬襯底；所述金屬襯底為厚度h不小于50nm的金屬片；或者，所述金屬襯底為形成于基片表面且厚度h不小于50nm的金屬薄膜；

制備周期性排列的金屬微結構單元，包括以下步驟：

S1、利用飛秒脈沖雙光子激光直寫方法制備陣列排布的圓柱形結構；

S2、利用電子束蒸發鍍膜技術在圓柱形結構的上表面鍍上一層厚度為t的金屬薄膜，以形成具有圓弧形金屬薄膜結構的圓柱形結構；

S3、在制備好的金屬襯底上表面旋涂一層樹脂作為黏合層，再將步驟S2完成的圓柱形結構倒置放置在金屬襯底上，使圓弧形金屬薄膜和金屬襯底通過樹脂黏合，所述樹脂的黏合力大于圓弧形金屬薄膜在圓柱形結構表面的附著力；

S4、通過剝離法將圓柱形結構剝離，暴露金屬圓弧形金屬薄膜上表面；

S5、利用有機溶劑溶解樹脂，直到只留有金屬襯底和其上方的圓弧形金屬薄膜結構；

至此完成所述全金屬光吸收器的制備。