[發明專利]一種平面透鏡聚焦器件及調控焦距的方法

有效

• 申請號: 202010765917.6
• 申請日: 2020-08-03
• 公開（公告）號: CN111897174B
• 公開（公告）日: 2023-10-27
• 發明（設計）人: 請求不公布姓名;滕漢超;胡海;陳娜;胡德波;秦亞靈
• 申請（專利權）人: 國家納米科學中心
• 主分類號: G02F1/29
• 分類號: G02F1/29;G02F1/33
• 代理公司: 北京恒律知識產權代理有限公司 11416
• 代理人: 王琦;龐立巖

本發明提供的一種平面透鏡聚焦器件包括，基底層，在所述基底層上側布置一層氧化鉬薄層，在所述基底層的下側布置硅襯底，在所述氧化鉬薄層的上側覆蓋金屬天線，或者在所述氧化鉬薄層下側與基底層之間嵌入金屬天線，在氧化鉬薄層上層覆蓋石墨烯層；所述石墨烯層與所述硅襯底接通電壓，金屬天線激發雙曲聲子激元，通過電壓改變石墨烯層的費米能級，調整納米聚焦的焦距。本發明提供在石墨烯層與硅襯底之間接通電壓，通過改變電壓進而改變石墨烯層的費米能級，動態調控焦距的位置，從而實現平面透鏡聚焦的焦距調整。本發明簡單易行，且使用的范圍廣，成本低。

技術領域

本發明涉及納米聚焦技術領域，特別涉及一種平面透鏡聚焦器件及調整納米聚焦的焦距的方法。

背景技術

氧化鉬是一種雙軸材料且具有強烈的各向異性。其在不同剩余射線帶內，沿不同光軸的介電函數相反，產生的聲子激元具有明顯的平面雙曲特性，可以控制光沿在某一特殊方向傳播，因而在納米光學中控制與調控光領域具有重要的應用。

雙曲聲子激元是一類特殊的激元，相比較其他傳導類型的激元(如等離激元，激子激元)，其具有明顯的各向異性以及低損耗特性。在現有技術中，依靠天然氧化鉬材料可以實現片內雙曲聲子激元的激發。

石墨烯是SP²雜化形成蜂窩狀晶格結構的單原子層二維材料，具有線性能帶結構。石墨烯的最大優勢在于具有電學可調的載流子濃度，動態改變介電函數。

構建平面透鏡，實現納米聚焦對于微納光學，光控制與調節領域具有重要的應用價值。現有技術中，人們主要依靠超結構，表面構造納米聚焦的透鏡。但是由于微納加工的影響，會造成較大的光損耗，且由于尺寸的影響，聚集光的范圍比較窄。此外，依靠超結構，表面構造納米聚焦的透鏡，制造的成本較高，不利于實際生產應用。

因此，為了解決上述問題，需要一種平面透鏡聚焦器件及調整納米聚焦的焦距的方法，實現降低損耗且簡單易行的進行焦距調控。

發明內容

本發明的一個目的在于提供一種平面透鏡聚焦器件，所述器件包括，基底層，在所述基底層上側布置一層氧化鉬薄層，在所述基底層的下側布置硅襯底；

在所述氧化鉬薄層的上側覆蓋金屬天線，或者在所述氧化鉬薄層下側與基底層之間嵌入金屬天線，在氧化鉬薄層上層覆蓋石墨烯層；

所述石墨烯層與所述硅襯底接通電壓，金屬天線激發雙曲聲子激元，通過電壓改變石墨烯層的費米能級，調整納米聚焦的焦距。

優選地，所述基底層材料為無機介電材料或有機高分子材料。

優選地，所述氧化鉬薄層的平面幾何尺寸為1μm-500μm，厚度為2nm-5000nm；所述金屬天線的幾何尺寸為10nm-300μm，厚度為20nm-50μm。

優選地，所述石墨烯層的平面幾何尺寸為1μm-500μm，厚度為0.35nm-100nm；

本發明的另一個目的在于提供一種平面透鏡聚焦器件的制備方法，所述方法包括：

制備氧化鉬薄層；

選擇天線的形狀與尺寸，制作金屬天線；

選擇基底層材料，并制備基底層，將基底層貼合于硅襯底上，氧化鉬薄層貼合在所述基底層上，所述氧化鉬薄層上側覆蓋所述金屬天線或所述氧化鉬薄層下側覆蓋所述金屬天線；

在所述氧化鉬薄層上側覆蓋石墨烯層。

本發明的另一個目的在于提供一種利用平面透鏡聚焦器件調整納米聚焦的焦距的方法，所述方法包括：

步驟1)，在石墨烯層與硅襯底接通電壓，金屬天線激發聲子激元；

得到電場分布，測量焦距的長度；