[發明專利]一種基于H型陣列的全介質超表面顏色濾波器

在審

• 申請號: 202011495449.1
• 申請日: 2020-12-17
• 公開（公告）號: CN112558209A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 肖功利;楊寓婷;楊宏艷;鄧艷容;曾麗珍;李海鷗;李琦;張法碧;傅濤;孫堂友;陳永和;劉興鵬
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G02B5/20
• 分類號: G02B5/20;G02B5/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于H型陣列的全介質超表面顏色濾波器。所述濾波器結構為：在襯底上刻蝕介質納米陣列，其中納米陣列的單元結構為H型介質納米結構。該結構由兩個長度寬度相等且對稱平行的介質矩形塊，一個垂直于兩個平行矩形塊正中且寬度與之相等的介質矩形塊構成。在本發明實例中，襯底材料為二氧化硅，介質納米陣列材料為硅，厚度為75nm，陣列x方向填充因子為0.55，y方向填充因子為0.9。利用光激發硅納米結構的電與磁的Mie共振，以及共振波長與硅納米結構形狀尺寸的強相關特性，本發明可通過按比例縮放結構大小、改變H型介質納米結構中矩形塊的長與寬來調控濾出顏色，其濾出的顏色具有極高的飽和度。

(一)技術領域

本發明涉及微納光電子技術領域，具體是指一種基于H型陣列的全介質超表面顏色濾波器。

(二)背景技術

自然界中顏色產生機制主要分兩類：顏料色和結構色。結構色是光與微結構相互作用產生的顏色，昆蟲和蝴蝶等就是主要通過薄膜或多層結構的干涉、光柵衍射、光子晶體、光的散射等效應產生顏色?，F在很多自然界中的結構色已經可以通過人工的方式實現，通過改變材料表面的微結構來調控光與材料間的相互作用，即為產生結構色的核心思想。但結構色要進一步發展，面臨的一個重要挑戰是光衍射極限的限制。

微納金屬結構制備技術的發展為突破衍射極限實現高分辨率提供了一個新的途徑。金屬微納結構與光相互作用所產生的表面等離激元共振可操縱光，其次級衍射局域效應可以突破衍射限制，從而使得金屬微納結構結構具備產生超高分辨顏色的能力。

金屬微納結構可以實現超高分辨率的顯色，但是金屬存在帶間躍遷，且在可見光波段內損耗較大，所以等離激元結構顯示的顏色純度不高。因此提出了基于Mie共振的全介質顏色濾波器來解決這個問題。全介質顏色濾波器在可見光波段內有低的歐姆損耗和高的電磁共振，可濾出高飽和度的顏色?；谝陨咸匦?，全介質結構色具備替代等離激元結構色的潛能。

(三)發明內容

本發明提供一種基于H型陣列的全介質超表面顏色濾波器的設計，其能夠實現不同特性和功能。

為解決上述問題，本發明是通過以下技術方案實現的：

與現有技術相比，為了得到更高飽和度的顏色以及更大的色彩調節自由度。本發明公開一種基于H型陣列的全介質超表面顏色濾波器。由硅納米陣列與二氧化硅襯底組成，硅納米陣列周期單元為單個H型納米結構。本發明可以通過調控多種參數實現濾出顏色的控制如：H型納米結構的寬度，長度，按比例縮放陣列大小等，均能產生極高飽和度的顏色。

(四)附圖說明

圖1為本發明一種基于H型陣列的全介質超表面顏色濾波器的立體結構示意圖。

圖2為H型硅納米陣列的單元結構二維平面示意圖。

圖3為按比例改變納米陣列大小的反射譜曲線以及與之所對應的CIE1931色度圖。

圖4為改變納米結構L₁大小的反射譜曲線以及對應的CIE1931色度圖。

圖5為改變納米結構L₂大小的反射譜曲線以及對應的CIE1931色度圖。

圖6為改變納米結構w大小的反射譜曲線以及對應的CIE1931色度圖。

(五)具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案更加清楚明白，以下結合具體實例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。實例中提到的方向用語如“上”、“下”、“中”、“左”“右”、“前”、“后”等，僅為參考附圖的方向，使用方向僅用于說明并非用于限制本發明保護范圍。

本發明是采用以下方案實施的：一種基于H型陣列的全介質超表面顏色濾波器，如圖1所示，由介質納米陣列1；襯底2組成。