[发明专利]一种对1550nm波段手性光存在选择性透过差异的空间扭转三维纳米结构及其制备方法

说明书

本发明公开了一种对1550 nm波段手性光存在选择性透过差异的空间扭转三维纳米结构及其制备方法，涉及微纳加工技术领域，所述三维纳米结构为圆形，从下至上依次包括堆叠的金属纳米结构层、绝缘层和金属纳米结构层，所述金属纳米结构层为对称设置的纳米半圆阵列，所述纳米半圆阵列之间设有间隙，所述上下金属纳米结构层间隙之间的夹角为60°；本发明空间扭转三维纳米结构在1550 nm波段这一重要的光通讯波段实现了手性光的差异性响应，对手性光的的透过率差异大，且通过调节绝缘层折射率可以实现差异性响应波段的调节。

技术领域

本发明涉及微纳加工技术领域，尤其涉及一种对1550nm波段手性光存在选择性透过差异的空间扭转三维纳米结构及其制备方法。

背景技术

随着微纳加工技术的迅猛发展，在亚波长尺度操纵光子行为(包括电磁波调制、传播、转换、探测)成为可能，并且引发一系列新颖光子学特性研究，利用精密的微纳加工技术，可以设计“超材料”结构来获得自然界中所不存在的材料性能，由此在不违背基本物理学规律的前提下获得新的物理性能。

在现有技术中，通过构造纳米光子结构可以实现与光学信号中的波长、偏振、相位、自旋等参数耦合，从而能够实现对光信号的开关、调制。例如：Z.Li等人(Spin-Selective Transmission and Devisable Chirality in Two-Layer MetasurfacesSci.Rep.7,8204(2017).)利用空间结构的扭转堆叠，通过调整旋转角为±45°，实现了手性光在1650nm波段处的选择性透射；Z.Wang和H.Jia等人(Circular Dichroism Metamirrorswith Near-Perfect Extinction,ACS Photonics.)关注了微米波段下空间扭曲结构对LCP和RCP吸收率的差异。1550nm波段是光通讯的重要波段，在此波段设计选择性通过/不通过，可以实现高效的光开关器件。而现有技术无法实现对1550nm波段手性光的选择性透过。

发明内容

本发明是为了克服目前现有技术无法实现对1550nm这一光通讯的重要波段手性光的选择性透过等问题，提出了一种对1550nm波段手性光存在选择性透过差异的空间扭转三维纳米结构及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种对1550nm波段手性光存在选择性透过差异的空间扭转三维纳米结构，所述三维纳米结构为圆形，从下至上依次包括堆叠的金属纳米结构层、绝缘层和金属纳米结构层，所述金属纳米结构层为对称设置的纳米半圆阵列，所述纳米半圆阵列之间设有间隙，所述上下金属纳米结构层间隙之间的夹角为55-65°。

本发明在设计时，将三维纳米结构设计为圆形的三层结构，其中上、下层为金属纳米结构层，中间层位绝缘层，其中金属纳米结构层为称设置的纳米半圆阵列，同时，纳米半圆阵列之间还设置有间隙，并且在设计时，将上、下层的金属纳米结构层进行扭转，使得间隙之间的夹角为55-65°。

这是由于本发明团队在实验过程中发现成对的半圆纳米结构对不同偏振的入射光存在不同的等离激元激发响应模式，分别为类孤立结构模式(localized surfaceplasmon，LSP mode)和间隙模式(gap mode)。而在上下层旋转之后，互相间的激发响应模式互相干扰，对1550nm波段的右旋光形成了上层间隙模式，下层类孤立结构模式。而对同波段的左旋光，则上下层均为类孤立结构模式，因此在1550nm右旋光响应时这一独特的杂化模式带来了结构耦合性能的巨大差异，也就导致了透射行为上的巨大差异。因此，本发明利用空间结构的扭转堆叠形成的对手性光(左旋光/右旋光)的差异性耦合，在1550nm波段这一重要的光通讯波段实现了手性光的差异性响应，形成基于手性响应差异的光开关器件，同时手性光的的透过率差异大，并且，通过调节绝缘层折射率可以实现差异性响应波段的调节。

作为优选，所述三维纳米结构的半径为140-160nm；

所述间隙的宽度为45-55nm；