[发明专利]一种可提高非对称传输的纳米结构及其制备方法

说明书

本发明涉及电磁波偏振态调控技术领域，具体涉及一种可提高非对称传输的纳米结构及其制备方法，本发明纳米结构由多个结构相同的纳米结构单元按矩形周期阵列连接而成，纳米结构单元由一金属薄膜构成，金属薄膜上设有一倾斜矩形孔，矩形孔长边与纳米结构单元x方向具有一夹角α，矩形孔还包括有一连接条，连接条两端分别连接于矩形孔的两条长边，且分别与矩形孔长边垂直，金属薄膜和连接条由同种贵金属材料制成。制备方法简单无需多次甩胶，只需一次镀膜即可成型，但相比于传统单层人造纳米结构可以提高非对称传输约50%。

技术领域

本发明属于电磁波偏振态调控技术领域，具体涉及一种可提高非对称传输的纳米结构及其制备方法。

背景技术

非对称传输(Asymmetric Transmission，AT)是指传输系统对沿不同传输方向入射的电磁波表现出不同的转化性能。如图1(a)所示，对于一个极化转换非对称传输系统A来说，从系统A正面入射的左旋光(left circularly polarized，LCP)经过系统A后，接收到的右旋光(right circularly polarized，RCP)的透射率为从系统A背面入射的左旋光经过系统A后接收到的右旋光的透射率为其中箭头方向表示从传输系统的正面或背面入射，下标“-”表示入射光为左旋光，“+”表示出射光为右旋光。一个偏振态光的总透射率为：

则对于系统A极化转换的非对称传输可以表示为：

又通过洛伦兹变化：

得到：

上述表达式表明沿圆偏振光入射-z方向激发的非对称传输的值和在+z方向激发的非对称传输的值相反。为了清楚和明确的表述，在本方案中我们规定的条件是圆偏振沿着-z方向入射。

其表示的物理意义如图1(b)所示，从正面入射到系统A的左旋光，经过系统A后转换为的右旋光，与从正面入射到系统A的右旋光，经过系统A后转换为的左旋的转换率是不同的。对于从背面入射时非对称传输的值是相同的。

超材料内的电磁场会产生交叉耦合，在这种情况下，电磁波在透过超材料之后，其透射系数会不一样，且最终的偏振状态和入射波相比，也有很大变化。借助这一点，能够对电磁波的偏振状态进行控制，并制作出相应的功能器件，如电磁二极管与电磁开关等。有许多复杂的超材料被报道出来在微波、太赫兹，甚至光学范围内可以实现线性和圆极化波的不对称传输，非对称性传输在偏振转换器、偏振旋转器、隔离器和循环器装置等光学器件的设计中得到了广泛的应用。

尤其在生物分子领域，手性分子一般都比较弱，而人造微纳金属结构可大大提高其手性，AT值作为手性分子的探测信号就显得尤为重要，所以我们在设计这种非对称传输的结构时，需要达到大的非对称传输效率，即大的AT值和尽可能多的AT信号。因此，对不同类型非对称传输器件的设计与实现的研究，具有很重要的现实意义。

目前双层或者多层的人造纳米结构可以产生较大的非对称传输效应，但其制备工艺复杂，制备过程需多次甩胶和蒸镀，制备成本高，而且干扰因素过多，单层手形结构的制备较为简单，但其非对称传输信号较小，限制了其实际应用。

发明内容

为了解决现有技术中存在的单层人造纳米结构的非对称传输信号小的问题，本发明提供了一种可提高非对称传输的纳米结构及其制备方法，制备方法简单，无需多次甩胶，只需一次镀膜即可成型，但相比于传统单层人造纳米结构可以大大提高非对称传输信号。

本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种可提高非对称传输的纳米结构，由多个结构相同的纳米结构单元按矩形周期阵列连接而成；所述纳米结构单元由一金属薄膜构成；

所述金属薄膜上设有一倾斜矩形孔；所述矩形孔长边与纳米结构单元x方向具有一夹角α；