[发明专利]一种基于亲疏水选择浸润调控的光偏折超表面

说明书

本发明提供一种基于亲疏水选择浸润调控的光偏折超表面，包括反射基底(10)和设置在反射基底(10)上的透明薄膜层(20)，其特征在于，所述反射基底(10)为亲水性金属材料，所述透明薄膜层(20)为疏水性材料，所述透明薄膜层(20)上有阵列排布的等腰梯形槽孔(21)，所述等腰梯形槽孔(21)从上至下贯穿所述透明薄膜层(20)。本发明涉及的光偏折超表面在干燥和水浸润两种环境控制下，可以对垂直入射光束实现反射角度分别为‑30°和+30°左右的光束偏折调控切换，具有明显的可调控的光束偏折特点，可以推广应用于光束定向出射和传感等领域。

技术领域

本发明属于微纳光学领域，特别涉及一种基于亲疏水选择浸润调控的光偏折超表面。

背景技术

光学超表面在结构色、透镜成像、光束偏折等领域具有重要的研究和应用价值。其具有调控光束振幅、相位、偏振的作用，并且相比传统的光学元件还具有结构紧凑、轻便集成的特点。光束偏折是指光束在传输经过介质时发生的不符合经典折射和反射定律的异常偏折情况。光学超表面主要根据广义的斯涅尔定律，通过人为设计表面的微纳结构，得到要求的相位梯度，从而实现相位调控，并从而改变入射光束的出射角度，实现特定角度光束偏折的功能。目前，拥有单一静态功能的超表面结构设计已经比较成熟，然而随着对光学系统功能性、适应性和实用性的要求在不断增加，超表面相关的研究和技术出现了向多功能、可动态调控等方向发展的趋势，对出射角度可调控的超表面光束偏折也提出了要求。其中，包括电控、光控、温控、机械和化学调控技术和方法已经得到了提出。但是，上述方法通常需要复杂的设计和调控环境要求，因此设计简单和调控方式便捷的可调控超表面结构仍是一种面临挑战和创新。

发明内容

针对背景技术存在的问题，本发明提供一种基于亲疏水选择浸润调控的光偏折超表面。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种基于亲疏水选择浸润调控的光偏折超表面，包括反射基底(10)和设置在反射基底(10)上的透明薄膜层(20)，其特征在于，所述反射基底(10)为亲水性金属材料，所述透明薄膜层(20)为疏水性材料，所述透明薄膜层(20)上有阵列排布的等腰梯形槽孔(21)，所述等腰梯形槽孔(21)从上至下贯穿所述透明薄膜层(20)。

进一步，所述等腰梯形槽孔(21)沿横向和纵向周期性阵列排布在所述透明薄膜层(20)上。

再进一步，所述等腰梯形槽孔(21)的窄底边W₁和宽底边W₂沿横向，等腰梯形槽孔(21)的高L沿纵向。

再再进一步，所述等腰梯形槽孔(21)的窄底边W₁长度为60nm，宽底边W₂长度为260nm，高L为700nm，透明薄膜层厚度t为300nm。

再再再进一步，所述等腰梯形槽孔沿横向阵列排布的最小周期P_x为1000nm，沿纵向阵列排布的最小周期P_y为300nm。

进一步，所述透明薄膜层(20)由聚甲基丙烯酸甲酯制成，所述反射基底(10)为铝层。

进一步，所述反射基底(10)厚度为100nm。

与传统的光束偏折器件相比，本发明具有以下的优点和有益效果：

(1)本发明涉及的光偏折超表面同时采用亲水基底和含等腰梯形槽孔的疏水薄膜层进行设计制造，利用材料的亲疏水性差异，使水更易在梯形槽中聚集，形成选择性浸润，改变表面光学相位梯度。进而，本发明涉及的光偏折超表面在干燥和水浸润两种环境控制下，可以对垂直入射光束实现反射角度分别为-30°和+30°左右的光束偏折调控切换，具有明显的可调控的光束偏折特点，可以推广应用于光束定向出射和传感等领域。

(2)本发明涉及的光偏折超表面具有偏振不相关和宽带适用的效果，在多波长下均有明显的可调控光束偏折效果。