[发明专利]手性光学元件、手性光学加密组件及手性元件设计方法

说明书

本发明提供了一种手性光学元件、手性光学加密组件及手性元件设计方法，涉及光学手性构筑和光学加密技术领域，本发明提供的手性光学元件，包括：基底和连接在基底上的金属微结构；金属微结构包括：第一弧形部、第二弧形部和延伸部，第一弧形部对应的圆心角与第二弧形部对应的圆心角互为对顶角；延伸部连接在第一弧形部和第二弧形部之间，并沿第一弧形部和第二弧形部中的任一圆心角的边线延伸。本发明提供的手性光学元件的光学响应具有显著的光自旋选择特性，且其工作波长和响应强度可以被灵活地调控。

技术领域

本发明涉及光学手性构筑和光学加密技术领域，尤其是涉及一种手性光学元件、手性光学加密组件及手性元件设计方法。

背景技术

左旋和右旋偏振光场自旋相反，在与物质相互作用过程中表现出固有手性，进而手性物质在与光场相互作用的过程中表现出旋光性和二向色性。对物质的旋光性和二向色性进行测量是鉴别物质手性的主要方式。然而，自然界中手性分子和原子的尺寸与光波的波长相比非常的小，手性物质的手性光学响应非常微弱，一方面不利于对手性产生机制的研究，另一方面也造成了利用自然界现有材料无法实现对圆偏振光场的有效调控。基于人工微结构通过对其光学响应的合理设计可以实现强度远超于自然界材料的手性光学响应，人工微结构中光学手性的精准构筑在药物检测、分子官能团检测、量子信息等领域具有重要的应用价值。然而目前人工微结构中手性光学响应的工作波长和响应强度的可调控范围有限，无法通过对微结构结构参数的有限变化实现对其手性光学响应响应波段和强度的深度调控。

发明内容

本发明的目的在于提供一种手性光学元件、手性光学加密组件及手性元件设计方法，能够在宽波段范围内实现对入射圆偏振光波趋近于完全的反射，且能够形成具有显著的手性光学响应特性的手性光学元件，且其手性光学响应特性具有很高的可控性。

第一方面，本发明提供的手性光学元件，包括：基底和连接在所述基底上的金属微结构；

所述金属微结构包括：第一弧形部、第二弧形部和延伸部，所述第一弧形部对应的圆心角与所述第二弧形部对应的圆心角互为对顶角；

所述延伸部连接在所述第一弧形部和所述第二弧形部之间，并沿所述第一弧形部和所述第二弧形部中的任一圆心角的边线延伸。

结合第一方面，本发明提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述第一弧形部的圆心角为45°～120°。

结合第一方面，本发明提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述金属微结构还包括第三弧形部，所述第三弧形部连接在所述延伸部的端部，且所述第三弧形部的延伸方向与所述第一弧形部的延伸方向相反。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述第三弧形部的圆心角为15°～45°。

结合第一方面，本发明提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述基底包括：金属层和连接所述金属层的电介质层，所述金属微结构连接在所述电介质层背离所述金属层的一侧。

第二方面，本发明提供的手性光学加密组件，包括：第三光学元件和第四光学元件，所述第三光学元件与所述第四光学元件镜像对称，且所述第三光学元件和所述第四光学元件均包括第一方面的第二或第三种实施方式提供的手性光学元件。

第三方面，本发明提供的手性光学加密组件，包括：第一光学，以及，第三光学元件和/或第四光学元件；

所述第一光学元件包括第一方面的第一或第四种实施方式提供的手性光学元件。

第四方面，本发明提供的手性光学加密组件，包括：第一光学元件和/或第二光学元件，以及，第三光学元件和/或第四光学元件；

所述第一光学元件与所述第二光学元件镜像对称，且所述第一光学元件和所述第二光学元件均包括第一方面的第一或第四种实施方式提供的手性光学元件。