[发明专利]一种基于双曲特异材料微腔的近红外全向吸收器

说明书

技术领域

本发明涉及一种近红外全向吸收器，尤其是涉及一种基于双曲特异材料微腔 的近红外全向吸收器。

背景技术

在近红外波段领域，人们需要利用近红外吸收器来进行化学和生物检测，因 此近红外吸收器有广泛的应用。其工作原理是生物分子或化学分子在近红外波段有 较强的共振吸收峰，当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收了某些频 率的辐射，从而引起吸收谱的变化，因此在生物分子光谱和化学光谱具有很多应用， 如空气污染监测、气体「指纹」检测、以及分析人类呼吸疾病标记。现有技术中， 各种光学腔被应用到吸收器当中，其中包括法布里珀罗腔，回音壁腔等。然而，通 常的近红外吸收器是角度依赖的，不同的角度对应的吸收频率是不同的。这使得传 统的生物检测角谱范围非常窄，大大限制了其应用范围。

最近美国的纳米快报上刊出由金属纳米圆盘的阵列和金属基底组成的亚波长 近红外吸收器。金属纳米圆盘阵列在近红外存在局域的表面等离激元模式，利用金 属基底与金属纳米圆盘阵列之间的法布里珀罗腔，可以增强这种等离激元效应，从 而实现全向的完美吸收。但是这种吸收器有一个缺点就是它是三维结构，因此加工 复杂，必须精心制备，对光刻机有相当高的要求，这在日趋发展的近红外全向吸收 应用有很大的限制。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于双曲特 异材料微腔的近红外全向吸收器,本发明利用简单的镀膜技术即可实现近红外全 向吸收器的极化选择。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于双曲特异材料微腔的近红外全向吸收器，包括金属基底，在金属基底 上设有周期层叠设置的薄硅薄膜与氧化铟锡薄膜，在最上层氧化铟锡薄膜上设有周 期层叠设置的厚硅薄膜与氮化硅薄膜。

所述的薄硅薄膜与氧化铟锡薄膜共有5个周期层叠。所述的氧化铟锡薄膜是一 种透明导电薄膜，在近红外波段是一种等离激元材料，具有类金属特性，用于与薄 硅薄膜构成等效的双曲特异材料微腔，与布拉格反射镜实现相位补偿，从而实现无 色散的法布里珀罗腔，可以激发大角度的局域微腔模式。

所述的厚硅薄膜与氮化硅薄膜共有4个周期层叠。

所述的厚硅薄膜与氮化硅薄膜周期层叠后作为布拉格反射镜，在近红外波段提 供布拉格反射。

所述的薄硅薄膜的折射率为3.48，厚度为25纳米。

所述的氧化铟锡薄膜是一种透明导电薄膜，厚度为25纳米。

所述的厚硅薄膜的折射率为3.48，厚度为112纳米。

所述的氮化硅薄膜的折射率为2.0，厚度为232纳米。

所述的金属基底为银，作为吸收层使用。

本发明利用亚波长尺度的氧化铟锡薄膜和薄硅薄膜构成等效的双曲特异材料， 并用该双曲特异材料作为法布里珀罗腔，利用双曲特异材料的反常波矢色散对布拉 格反射镜的正常色散进行补偿，实现近红外的具有极化选择特性的全向吸收。在 60°倾斜角入射条件下，吸收率仍能达到95％以上。本发明可应用于化学和生物 传感领域。

与现有技术相比，本发明具有如下的效果和优点：

1、由于本发明是一种多层膜结构，属于一维结构，利用当前成熟的镀膜技术 即可实现，实验制备简单，对实验条件要求不高。

2、由于本发明是利用双曲特异材料的反常波矢色散对布拉格反射镜的正常色 散进行补偿，可以实现全向吸收，而这种机制原来只能在二维甚至三维结构中才能 实现，在一维结构中无法实现。

3、由于本发明中利用了双曲特异材料，因此是极化选择的。

附图说明

图1为本发明的结构侧视图；

图2为本发明的近红外全向吸收器吸收谱随角度的变化。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1所示，一种基于双曲特异材料微腔的近红外全向吸收器，包括金属基底 1，在金属基底1上设有周期层叠设置的薄硅薄膜2与氧化铟锡薄膜3，在最上层 氧化铟锡薄膜3上设有周期层叠设置的厚硅薄膜4与氮化硅薄膜5。