[發(fā)明專利]等離激元濾色器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010748149.3
• 申請日: 2020-07-30
• 公開（公告）號: CN111736245B
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭夢潔;董君
• 申請（專利權(quán)）人: 季華實驗室
• 主分類號: G02B5/00
• 分類號: G02B5/00;G02B5/28
• 代理公司: 北京開陽星知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11710
• 代理人: 羅程凱

等離激元濾色器，涉及濾色器技術(shù)領(lǐng)域，其包括若干個濾色單元，每個濾色單元包括縱向依序?qū)盈B的反射層、中間層和諧振體，諧振體由在可見光波段具有反常色散光學特性的材料制成。諧振體、中間層和反射層組成了支持間隙等離激元的結(jié)構(gòu)體系，當可見光波段入射光從諧振體一側(cè)照射到該結(jié)構(gòu)體系上，能量被高度局域在中間層(即諧振體與反射層之間的間隙)中，間隙等離激元共振被激發(fā)，從而實現(xiàn)可見光波段內(nèi)特定波段的選擇性吸收。諧振體的反常色散的屬性會增強這種結(jié)構(gòu)體系的間隙等離激元共振，從而對于諧振體與反射層之間的間隙的變化的響應(yīng)更劇烈，即間隙變化同樣的尺度，可造成在可見光范圍內(nèi)更大幅度的光譜調(diào)制，由此提高光譜調(diào)諧靈敏度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及濾色器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

基于人工微觀有序結(jié)構(gòu)的濾色器通過光的干涉、衍射等效應(yīng)對光吸收和反射，從而實現(xiàn)對特定光波段的濾過，其被廣泛地應(yīng)用于防偽、顯示、信息存儲等領(lǐng)域。近年來，利用亞波長結(jié)構(gòu)表面等離激元效應(yīng)的濾色器，可以突破傳統(tǒng)光學衍射極限，在納米尺度上實現(xiàn)對光的操控，獲得更高的光學分辨率，因此在有超高分辨率顯示需求的領(lǐng)域內(nèi)具有良好的應(yīng)用前景。

現(xiàn)有技術(shù)中，基于表面等離激元效應(yīng)的濾色器，主要有(類)金屬/介質(zhì)納米諧振體、(類)金屬-介質(zhì)-(類)金屬復(fù)合結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)形式，通常使用在可見光波段具有正常色散光學特性的材料制作諧振體，光譜調(diào)諧的靈敏度較低。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供一種等離激元濾色器，其光譜調(diào)諧的靈敏度較高。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案。

1、等離激元濾色器，包括若干個濾色單元，每個濾色單元包括縱向依序?qū)盈B的反射層、中間層和諧振體，諧振體由在可見光波段具有反常色散光學特性的材料制成。

諧振體、中間層和反射層組成了支持間隙等離激元的結(jié)構(gòu)體系，這種開放系統(tǒng)中的間隙等離激元共振可以理解為一個受特定的量子化共振波矢限制的封閉平面多層系統(tǒng)的表面等離激元。當可見光波段入射光從諧振體一側(cè)照射到該結(jié)構(gòu)體系上，能量被高度局域在中間層(即諧振體與反射層之間的間隙)中，間隙等離激元共振被激發(fā)，從而實現(xiàn)可見光波段內(nèi)特定波段的選擇性吸收，最后剩余的光被反射回去，這些反射光組成人眼可識別的顏色，從而達到濾色的目的。

諧振體由在可見光波段具有反常色散光學特性的材料制成，其反常色散的屬性會增強這種結(jié)構(gòu)體系的間隙等離激元共振，從而對于中間層的厚度(即諧振體與反射層之間的間隙)的變化的響應(yīng)更劇烈，即間隙變化同樣的尺度，可造成在可見光范圍內(nèi)更大幅度的光譜調(diào)制，由此提高光譜調(diào)諧靈敏度。

2、如技術(shù)方案1所述的等離激元濾色器，諧振體由鍺制成。

3、如技術(shù)方案1所述的等離激元濾色器，中間層由尺寸可受控變化的材料制成，以使中間層的縱向厚度可受控變化。中間層的縱向厚度(即諧振體與反射層之間的間隙)發(fā)生改變時，間隙等離激元共振吸收峰(被選擇性吸收的波段)的位置會發(fā)生變化，使得頻譜出現(xiàn)紅移或者藍移，從而實現(xiàn)光譜動態(tài)調(diào)諧(即動態(tài)調(diào)色)的目的。

4、如技術(shù)方案3所述的等離激元濾色器，還包括電控裝置，中間層由PEG的二硫基改性物的有機分子材料或硫化鎘壓電材料制成，電控裝置與中間層連接以可通過電控方式改變中間層的厚度。PEG的二硫基改性物的有機分子材料、硫化鎘壓電材料均為已知的尺寸可受控變化的材料。

5、如技術(shù)方案1所述的等離激元濾色器，諧振體的橫截面是圓形的。這種諧振體無尖角結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)表面形成的等離激元會更加均勻，而且加工制作起來會更加容易。

6、如技術(shù)方案5所述的等離激元濾色器，若干個濾色單元沿X方向排列多行，且沿Y方向排列形成多列，每行中任意兩個相鄰的濾色單元的周期與該兩個濾色單元的諧振體的所述橫截面的直徑之比均為2:1，每列中任意兩個相鄰的濾色單元的周期與該兩個濾色單元的諧振體的所述橫截面的直徑之比均為2:1，