[發明專利]基于納米環圖案化界面的紫外濾光結構及其設計方法

有效

• 申請號: 202110079530.X
• 申請日: 2021-01-21
• 公開（公告）號: CN112882144B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 王嶺雪;東苗;蔡毅
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G02B5/20
• 分類號: G02B5/20;G02B5/00;G02B27/00
• 代理公司: 昆明正原專利商標代理有限公司 53100
• 代理人: 亢能;陳左

1.一種基于納米圖案化界面的紫外濾光結構，其特征在于：包括設于玻璃基底上的金屬納米孔陣列，金屬納米孔陣列包括若干基本單元；

基本單元包括一個金屬空氣柱孔和一組納米環；金屬空氣柱孔穿透位于玻璃基底上的金屬薄膜，納米環組位于玻璃基底界面上方，由若干個同心的納米環組成；金屬空氣柱孔和納米環組同軸；

所述紫外濾光結構的設計方法，包括如下步驟：

步驟(1)，利用金屬周期納米孔陣列表面等離子共振公式計算透射主峰目標波長λ₀對應的金屬-空氣界面上表面等離子共振模式被激發時所需的陣列周期T；

步驟(2)，利用納米環等離子共振公式計算納米環組上被激發接近目標波長λ₀的共振波長λ_r時所需的納米環組的有效周長L_eff；

步驟(3)，根據環寬度C_r與陣列周期T的關系，確定環寬度C_r最大值；

步驟(4)，根據納米環組有效周長L_eff、環寬度C_r和環數量N計算納米環組最內環特征幾何長度；

步驟(5)，根據納米環組最內環特征幾何長度確定空氣柱的特征幾何長度；

步驟(6)，為保證獲取高透射率，計算空氣柱孔深度；

步驟(7)，以(1)-(6)中給出的參數為初始值，建立所述紫外濾光結構的仿真模型，并對參數進行微調，以確定結構的各尺寸參數值。

2.根據權利要求1所述基于納米圖案化界面的紫外濾光結構，其特征在于：若干基本單元以三角密排方式周期排列形成納米孔陣列，陣列周期為T。

3.根據權利要求1所述基于納米圖案化界面的紫外濾光結構，其特征在于：納米環組包括第一納米環和第二納米環；

第一納米環設于空氣圓柱孔外側，第二納米環設于第一納米環外側，與第一納米環之間有一定距離。

4.根據權利要求1所述基于納米圖案化界面的紫外濾光結構，其特征在于：金屬納米環為Al納米環或除了Al之外的其他金屬納米環，環的形狀為圓形或除了圓形的其它形狀。

5.根據權利要求1所述基于納米圖案化界面的紫外濾光結構，其特征在于：所述結構在200-400nm紫外波段下的單峰透射，且透射率超過50％，使得400-1000nm可見-近紅外波段寬帶截止。

6.根據權利要求1所述基于納米圖案化界面的紫外濾光結構，其特征在于：步驟(1)中，所述目標波長λ₀的取值范圍為200-400nm，所述陣列周期T的取值范圍為180-380nm；步驟(2)中，為保證獲取單透射峰，所述接近目標波長λ₀的共振波長λ_r是指λ_r的取值范圍需滿足|λ₀-λ_r|≤15nm。

7.根據權利要求1所述基于納米圖案化界面的紫外濾光結構，其特征在于：步驟(3)中，所述環寬度C_r與陣列周期T的關系需滿足0＜C_r≤T/20。

8.根據權利要求1所述基于納米圖案化界面的紫外濾光結構，其特征在于：步驟(4)中，納米環組為Al納米圓環組，有效周長計算公式為L_eff＝πd_eff＝π[d+(2N-1)C_r]。

9.根據權利要求1所述基于納米圖案化界面的紫外濾光結構，其特征在于：步驟(5)中，納米環組為Al納米圓環組，Al空氣柱孔為Al空氣圓柱孔，Al納米圓環組特征幾何尺寸為最內環內直徑d，且和Al空氣圓柱孔直徑D的關系需滿足D≤d；

步驟(6)中，環寬度C_r與同心的Al納米圓環之間的距離C_d的關系需滿足C_r＝C_d，環寬度C_r與環深度C_h的關系需滿足1≤C_h/C_r≤3；Al空氣圓柱孔深度h與直徑D的關系需滿足0.5≤h/D≤1。