[发明专利]宽带高透过非对称超材料偏振调控器及其制造方法

权利要求书

1.一种宽带高透过非对称超材料偏振调控器，其特征在于：所述偏振调控器包括采用电子束蒸发沉积及电子束刻蚀工艺制备的图形化的金属微纳结构底层(3)、在图形化的金属微纳结构底层(3)顶面采用电子束蒸发沉积制备的绝缘介质层(2)、在绝缘介质层(2)顶面采用电子束蒸发沉积及电子束刻蚀工艺制备的图形化的金属微纳结构顶层(1)；

所述图形化的金属微纳结构顶层(1)结构形状为双杆谐振器形，图形化的金属微纳结构顶层(1)能在可见光波段处发生偶极谐振，将沿x轴方向上的偏振光转化为沿y轴方向上的偏振光；

所述图形化的金属微纳结构底层(3)结构形状为长方体，图形化的金属微纳结构底层(3)用于使偏振调控器呈现整体各向异性，破坏光在传播方向上的对称性，从而产生非对称传输现象，并与图形化的金属微纳结构顶层(1)构成微腔，用于保证透射率的同时扩大工作带宽；

所述绝缘介质层(2)结构形状为长方体，绝缘介质层(2)的顶面和底面分别与图形化的金属微纳结构顶层(1)和图形化的金属微纳结构底层(3)形成超材料结构，在光波照射下，电磁场与金属内电子等离子体振荡的耦合作用激发表面等离极化激元；

所述图形化的金属微纳结构顶层(1)由第一谐振器杆(1.1)和第二谐振器杆(1.2)组成，所述第一谐振器杆(1.1)和第二谐振器杆(1.2)均为长方体，且第一谐振器杆(1.1)和第二谐振器杆(1.2)的尺寸相同；

所述图形化的金属微纳结构底层(3)的亚波长金属光栅栅条沿y轴方向延伸，x轴方向为金属微纳结构底层(3)中光栅的周期变化方向，图形化的金属微纳结构顶层(1)的亚波长金属光栅栅条沿x，y轴均为周期性排列，同时在x轴方向、y轴方向和z轴方向几何尺度不同，整体呈现各向异性。

2.根据权利要求1所述的宽带高透过非对称超材料偏振调控器，其特征在于：图形化的金属微纳结构顶层(1)的厚度范围为230～250nm，绝缘介质层(2)的厚度范围为330～350nm，图形化的金属微纳结构底层(3)的厚度范围为14～16nm。

3.根据权利要求1所述的宽带高透过非对称超材料偏振调控器，其特征在于：所述第一谐振器杆(1.1)和第二谐振器杆(1.2)平行，第一谐振器杆(1.1)与绝缘介质层(2)的长度方向呈45度夹角；所述第一谐振器杆(1.1)与第二谐振器杆(1.2)之间的距离为270～290nm。

4.根据权利要求1或3所述的宽带高透过非对称超材料偏振调控器，其特征在于：所述第一谐振器杆(1.1)和第二谐振器杆(1.2)的长度均为343nm，第一谐振器杆(1.1)和第二谐振器杆(1.2)的宽度均为40nm，第一谐振器杆(1.1)和第二谐振器杆(1.2)的厚度均为240nm。

5.根据权利要求1所述的宽带高透过非对称超材料偏振调控器，其特征在于：所述绝缘介质层(2)为SiO₂层，绝缘介质层(2)的长度范围为490～510nm，绝缘介质层(2)的宽度范围为490～510。

6.根据权利要求1所述的宽带高透过非对称超材料偏振调控器，其特征在于：所述图形化的金属微纳结构底层(3)左侧的长边缘与绝缘介质层(2)底部的左侧宽边缘对齐，且图形化的金属微纳结构底层(3)长度等于绝缘介质层(2)的宽度，图形化的金属微纳结构底层(3)左侧的宽边缘与绝缘介质层(2)底部的左侧长边缘对齐，图形化的金属微纳结构底层(3)的长度范围为490～510mm，图形化的金属微纳结构底层(3)的宽度范围为130～150mm。

7.一种权利要求1所述宽带高透过非对称超材料偏振调控器的制作方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤1：在Si基片上采用电子束蒸发沉积法沉积第一层金属膜，在第一层金属膜上通过电子束刻蚀工艺制备图形化的金属微纳结构底层(3)；

步骤2：在图形化的金属微纳结构底层(3)上采用电子束蒸发沉积法沉积一层介质层SiO₂形成绝缘介质层(2)，在绝缘介质层(2)上采用采用电子束蒸发沉积法沉积第二层金属膜，并在第二层金属膜上通过电子束刻蚀工艺制备图形化的金属微纳结构顶层(1)。