[發明專利]一種對1550nm波段手性光存在選擇性透過差異的空間扭轉三維納米結構及其制備方法

有效

• 申請號: 202010835729.6
• 申請日: 2020-08-19
• 公開（公告）號: CN112068230B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 張雪峰;屠蕊;張鑒
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G02B5/00
• 分類號: G02B5/00;G03F7/00;B82Y20/00;B82Y40/00
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

本發明公開了一種對1550 nm波段手性光存在選擇性透過差異的空間扭轉三維納米結構及其制備方法，涉及微納加工技術領域，所述三維納米結構為圓形，從下至上依次包括堆疊的金屬納米結構層、絕緣層和金屬納米結構層，所述金屬納米結構層為對稱設置的納米半圓陣列，所述納米半圓陣列之間設有間隙，所述上下金屬納米結構層間隙之間的夾角為60°；本發明空間扭轉三維納米結構在1550 nm波段這一重要的光通訊波段實現了手性光的差異性響應，對手性光的的透過率差異大，且通過調節絕緣層折射率可以實現差異性響應波段的調節。

技術領域

本發明涉及微納加工技術領域，尤其涉及一種對1550nm波段手性光存在選擇性透過差異的空間扭轉三維納米結構及其制備方法。

背景技術

隨著微納加工技術的迅猛發展，在亞波長尺度操縱光子行為(包括電磁波調制、傳播、轉換、探測)成為可能，并且引發一系列新穎光子學特性研究，利用精密的微納加工技術，可以設計“超材料”結構來獲得自然界中所不存在的材料性能，由此在不違背基本物理學規律的前提下獲得新的物理性能。

在現有技術中，通過構造納米光子結構可以實現與光學信號中的波長、偏振、相位、自旋等參數耦合，從而能夠實現對光信號的開關、調制。例如：Z.Li等人(Spin-Selective Transmission and Devisable Chirality in Two-Layer MetasurfacesSci.Rep.7,8204(2017).)利用空間結構的扭轉堆疊，通過調整旋轉角為±45°，實現了手性光在1650nm波段處的選擇性透射；Z.Wang和H.Jia等人(Circular Dichroism Metamirrorswith Near-Perfect Extinction,ACS Photonics.)關注了微米波段下空間扭曲結構對LCP和RCP吸收率的差異。1550nm波段是光通訊的重要波段，在此波段設計選擇性通過/不通過，可以實現高效的光開關器件。而現有技術無法實現對1550nm波段手性光的選擇性透過。

發明內容

本發明是為了克服目前現有技術無法實現對1550nm這一光通訊的重要波段手性光的選擇性透過等問題，提出了一種對1550nm波段手性光存在選擇性透過差異的空間扭轉三維納米結構及其制備方法。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種對1550nm波段手性光存在選擇性透過差異的空間扭轉三維納米結構，所述三維納米結構為圓形，從下至上依次包括堆疊的金屬納米結構層、絕緣層和金屬納米結構層，所述金屬納米結構層為對稱設置的納米半圓陣列，所述納米半圓陣列之間設有間隙，所述上下金屬納米結構層間隙之間的夾角為55-65°。

本發明在設計時，將三維納米結構設計為圓形的三層結構，其中上、下層為金屬納米結構層，中間層位絕緣層，其中金屬納米結構層為稱設置的納米半圓陣列，同時，納米半圓陣列之間還設置有間隙，并且在設計時，將上、下層的金屬納米結構層進行扭轉，使得間隙之間的夾角為55-65°。

這是由于本發明團隊在實驗過程中發現成對的半圓納米結構對不同偏振的入射光存在不同的等離激元激發響應模式，分別為類孤立結構模式(localized surfaceplasmon，LSP mode)和間隙模式(gap mode)。而在上下層旋轉之后，互相間的激發響應模式互相干擾，對1550nm波段的右旋光形成了上層間隙模式，下層類孤立結構模式。而對同波段的左旋光，則上下層均為類孤立結構模式，因此在1550nm右旋光響應時這一獨特的雜化模式帶來了結構耦合性能的巨大差異，也就導致了透射行為上的巨大差異。因此，本發明利用空間結構的扭轉堆疊形成的對手性光(左旋光/右旋光)的差異性耦合，在1550nm波段這一重要的光通訊波段實現了手性光的差異性響應，形成基于手性響應差異的光開關器件，同時手性光的的透過率差異大，并且，通過調節絕緣層折射率可以實現差異性響應波段的調節。

作為優選，所述三維納米結構的半徑為140-160nm；

所述間隙的寬度為45-55nm；