[发明专利]一种偏振可调谐硅基光学吸波器及其制备方法

说明书

本发明提供了一种偏振可调谐硅基光学吸波器及其制备方法。该偏振可调谐硅基光学吸波器包括金属基底层、非金属介质层和超表面结构层，非金属介质层连接于金属基底层上表面，超表面结构层连接非金属介质层上表面；超表面结构层由若干单位结构周期排列组成，每个单位结构包含两个硅圆环。高折射率的硅谐振腔与入射光具有强的光场耦合作用，吸收器可以实现近乎完美的吸收；通过调节硅圆环的间距，可以使光学吸波器从偏振敏感吸收变为偏振不敏感吸收。本发明为高折射率介质谐振器和超材料的光学特性和共振行为的偏振处理提供了新的视角；拓展了可调谐光学吸波器的应用，在光电检测、光电转换、光生电子和热电子产生与收集领域有广阔的运用前景。

技术领域

本发明涉及超材料领域，具体涉及一种偏振可调谐硅基光学吸波器及其制备方法。

背景技术

超材料电磁波吸收器是最先由美国波士顿学院的Landy课题组于2008年提出并在微波频段获得验证(《Physical Review Letter》第100卷，第207402页(2008))。通过利用双面包覆有金属的介质基板构成面型双层结构，上层为开口谐振环，底层为切口金属线，两者构成谐振环结构，使得入射到该吸收器结构上的电磁波在其中形成共振并吸收消耗，从而达到完美吸收的目的，在11.5GHz附件实现了近88％的吸收效率。

随着现代科学技术的迅猛发展，在纳米尺度上，具有新颖光学特性和高度可调方法的结构越来越多，这引起了人们的广泛兴趣。近年来，等离子体金属纳米结构因其局域场增强和强光场与照明光的耦合而受到广泛关注。这些特性最终导致完美吸收剂和石墨烯相关的近完美吸收剂、太阳能收集、热蒸技术、表面增强光谱和传感等方面的潜在应用不断涌现。等离子体谐振腔的光学特性主要由尺寸、形状和环境介质决定。当系统具有不对称特性时，如光栅和贴片等，形成极化敏感的等离子体谐振结构是可行的；反之，当结构具有高度几何对称性时，也可以实现与偏振无关的共振吸收。然而，现存的超材料结构大多数仅仅是偏振相关或者偏振不相关的吸收，并没有实现可调谐的偏振吸收。

发明内容

为了克服现有技术中的电磁波吸收器无法调谐偏振吸收的缺陷，本发明提供一种偏振可调谐硅基光学吸波器及其制备方法。

本发明提供的一种偏振可调谐硅基光学吸波器，包括金属基底层、非金属介质层和超表面结构层，非金属介质层连接于金属基底层上表面，超表面结构层连接非金属介质层上表面；超表面结构层由若干单位结构周期排列组成，每个单位结构包含两个硅圆环。

进一步地，所述的硅圆环的外直径为200纳米，内直径为150纳米，两个硅圆环边缘之间的距离为0～120纳米。

进一步地，所述的若干单位结构按正方形阵列，阵列周期为600纳米。

进一步地，所述的金属基底层的材料为不透明金属，所述的非金属介质层的材料为二氧化硅，所述的超表面结构层的材料为硅。

进一步地，所述的不透明金属可以为金、银、铜或铝。

进一步地，所述的金属基底层的厚度为200～300纳米，所述的非金属介质层的厚度为30～60纳米。

上述的偏振可调谐硅基光学吸波器的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、准备洁净的金属基底；

步骤2、在所述的金属基底上运用镀膜技术镀一层二氧化硅膜；

步骤3、在所述的二氧化硅膜上运用镀膜技术镀一层硅膜；

步骤4、对所述的硅膜进行刻蚀，形成由若干单位结构周期排列组成的超表面结构层，其中每个单位结构包含两个硅圆环，即得到所述的偏振可调谐硅基光学吸波器。

进一步地，所述的镀膜技术为磁控溅射法、电子束蒸镀法、脉冲激光沉积法或原子层沉积法。

进一步地，所述的刻蚀为电子束刻蚀或聚焦离子束刻蚀。