[发明专利]一种锥状双曲超材料光子结构及其制备方法

说明书

本发明属于超材料光子器件的技术领域，特别是涉及一种锥状双曲超材料光子结构及其制备方法。一种锥状双曲超材料光子结构，从上至下依次为锥状MoO₃/Ag复合层、Ag膜、MoO₃介质层、玻璃衬底，MoO₃介质层厚度为2nm，Ag膜厚度为300 nm，锥状MoO₃/Ag复合层由2‑3层MoO₃/Ag复合而成，其中，每层MoO₃/Ag中，MoO₃厚度为20nm，Ag的厚度为15nm。本发明还涉及该锥状双曲超材料光子结构的制备方法。本发明锥状双曲超材料光子结构在300~1100 nm宽谱范围内具有较好的减反性能。

技术领域

本发明属于超材料光子器件的技术领域，特别是涉及一种锥状双曲超材料光子结构及其制备方法。

背景技术

传统光吸收器件能够将电磁能量转化为热能的效率不高，且材料固有的工作波段限制了实际应用的需求。表面等离激元超材料可通过材料、结构等参数的人为调制来显著增强光吸收的效率和带宽，从原理上突破了传统技术的限制，有望在太阳能光热、辐射探测等方面发挥关键作用。表面等离激元结构的吸波带宽拓展，是实现高效光吸收器件的关键科学问题，为高效利用太阳能提供基础理论及技术支持。

基于“超材料慢波波导”的超宽带光吸收机制的锥形双曲超材料吸收体，可解决在有限大小周期内集成多个共振单元的技术难点。通过金属-介质交替多层膜构成的双曲各向异性超材料来激发群速度为零的慢波波导模式，宽度渐变波导使不同频率的光在不同位置处形成了彩虹吸收效应。对于大面积超材料光子结构的制备，研究者们大多采用先制作超材料交替膜后用离子束刻蚀的工艺来获得所设计的超材料金字塔结构。该工艺依赖于昂贵的刻蚀设备，制作成本极其高，并且离子束刻蚀耗时长，通常只能在数十微米区域内获得目标器件，无法大面积应用。目前，利用超薄阳极氧化铝模板作为掩膜制备大面积短程有序的纳米阵列已被陆续报到。因此，利用超薄阳极氧化铝模板作为掩膜制备锥状双曲各向异性超材料光子结构，也是非常可行的。该工艺摆脱了对昂贵加工设备的依赖性，为超材料光吸收器的开发提供了一种新的技术途径。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：如何利用超薄阳极氧化铝模板作为掩膜，实现简单低成本制备锥状双曲超材料光子结构。

本发明所采用的技术方案是：一种锥状双曲超材料光子结构，从上至下依次为锥状MoO₃/Ag复合层、Ag膜、MoO₃介质层、玻璃衬底，MoO₃介质层厚度为2nm，Ag膜厚度为300 nm，锥状MoO₃/Ag复合层由2-3层MoO₃/Ag复合而成，其中，每层MoO₃/Ag中，MoO₃厚度为20nm，Ag的厚度为15nm。

一种锥状双曲超材料光子结构制备方法，按照如下的步骤进行

步骤一、将玻璃材料的载玻片作为玻璃衬底，依次用去离子水、无水乙醇、异丙醇在超声清洗机中超声清洗各20分钟，然后用氮气吹干，并置于氧等离子体清洗机中清洗5 分钟；

步骤二、MoO₃介质层和Ag膜制备，利用旋转热蒸镀的方法在玻璃衬底一侧表面沉积MoO₃介质层，沉积速率为0.015 nm/s ± 0.002 nm/s，沉积厚度为2 nm；利用旋转热蒸镀的方法在MoO₃介质层表面沉积Ag膜，沉积速率为0.6 nm/s ± 0.05 nm/s，沉积厚度为300nm；