一種基于表面等離激元的相位延遲器制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種基于表面等離激元的相位延遲器，現(xiàn)有關(guān)于光學(xué)相位調(diào)制器的發(fā)明專利技術(shù)與研究多是基于雙折射晶體，液晶等傳統(tǒng)光學(xué)器件，這些設(shè)計(jì)只適用于較大尺度的光學(xué)器件，不利于集成化。本發(fā)明專利技術(shù)利用金屬的表面等離激元特性，將相位延遲器縮小到納米量級(jí)，并且可以通過(guò)改變納米顆粒的尺寸結(jié)構(gòu)，有效地對(duì)特定波長(zhǎng)的光實(shí)現(xiàn)相位延遲。該結(jié)構(gòu)可以被應(yīng)用到各種光學(xué)檢測(cè)緊密儀器中。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
CN 102928909 A書明說(shuō)1/2頁(yè)一種基于表面等離激元的相位延遲器
本專利技術(shù)屬于光電
，涉及一種貴金屬納米結(jié)構(gòu)，具體是一種基于表面等離激元的相位延遲器。
技術(shù)介紹
在光學(xué)元件領(lǐng)域，相位延遲器能對(duì)特定偏振方向的光產(chǎn)生附加光程差。最常見(jiàn)的相位延遲器即波片。波片利用的基本原理是材料的雙折射性質(zhì)，即材料在不同方向上對(duì)于光的折射率不同。其中半波波片能夠改變線偏振光的偏振方向，四分之一波片能夠?qū)⒕€偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)閳A偏振光。此外，液晶相位調(diào)制器能實(shí)現(xiàn)可調(diào)的相位變化。這一系列基本元件已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各種光學(xué)精密儀器中，用于光譜、光學(xué)檢測(cè)等領(lǐng)域。經(jīng)過(guò)對(duì)于傳統(tǒng)光相位調(diào)制器的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，最小的相位延遲波片在尺寸上最薄能夠達(dá)到幾百微米。而伴隨著集成光學(xué)與現(xiàn)代精密加工工藝的飛速進(jìn)步，片上集成光學(xué)器件的尺度也隨之不斷小型化，達(dá)到納米尺度。在這一量級(jí)上，由于材料本身雙折射特性以及折射率大小的限制，上述有關(guān)的設(shè)計(jì)原理不再能實(shí)現(xiàn)，因此目前還沒(méi)有能制造出有效的納米級(jí)相位延遲元件。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有構(gòu)想與技術(shù)的不足，利用金屬納米結(jié)構(gòu)的光學(xué)特性，提出了一種基于表面等離激元的相位延遲器。本專利技術(shù)解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案如下本專利技術(shù)包括透明襯底以及金屬納米顆粒。所述的透明襯底主要用于支撐金屬納米顆粒，采用各向同性且低色散的光學(xué)玻璃，不對(duì)入射光起調(diào)制作用。所述的金屬納米顆粒對(duì)于入射光起主要的調(diào)制作用，金屬納米顆粒的形狀可多種，包括盤狀、球形、棒狀、三角形；每三顆金屬納米顆粒為一組，且每組金屬納米顆粒的形狀為其中一種或其中幾種結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的組合結(jié)構(gòu)，每組金屬納米顆粒之間的邊距大于100 納米，且多組金屬納米顆粒呈周期性陣列分布。通常金屬納米結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)為盤型結(jié)構(gòu)，從集成光學(xué)與加工工藝方面考慮，盤型結(jié)構(gòu)可通過(guò)掩膜，刻蝕，蒸鍍或?yàn)R射來(lái)實(shí)現(xiàn)。所述金屬納米顆粒的尺寸為亞波長(zhǎng)級(jí)，其尺寸為直徑50納米，厚度10納米，每組金屬納米顆粒中顆粒與顆粒的邊間距15納米。金屬納米顆粒的尺寸和結(jié)構(gòu)主要影響的是對(duì)于入射光調(diào)制的相位的大小。本專利技術(shù)具有的有益效果是本專利技術(shù)利用金屬納米顆粒的光學(xué)特性，相比現(xiàn)有元件來(lái)說(shuō)體積大大縮小(厚度幾十納米到幾百納米)，可以在材料界面上完成相位的調(diào)制，可以認(rèn)為是一種二維相位延遲器。這樣的結(jié)構(gòu)易于大規(guī)模光學(xué)集成，可以作為光學(xué)檢測(cè)儀器的重要元件。附圖說(shuō)明圖I為本專利技術(shù)整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本專利技術(shù)每組金屬納米顆粒的單元示意圖；圖3為本專利技術(shù)的相位延遲譜。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本專利技術(shù)的具體實(shí)施方式做詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施方式案例以本專利技術(shù)提出的基于表面等離激元的相位延遲器為前提，但本專利技術(shù)的保護(hù)范圍并不限于下述實(shí)施方式與案例。如圖I所示，一種基于表面等離激元的相位延遲器包括透明襯底I以及金屬納米顆粒。所述的透明襯底主要用于支撐金屬納米顆粒，采用各向同性且低色散的光學(xué)玻璃，不對(duì)入射光起調(diào)制作用。所述的金屬納米顆粒對(duì)于入射光起主要的調(diào)制作用，金屬納米顆粒的形狀可多種，包括盤狀、球形、棒狀、三角形；每三顆金屬納米顆粒為一組，且每組金屬納米顆粒的形狀為其中一種或其中幾種結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的組合結(jié)構(gòu)，每組金屬納米顆粒之間的邊距大于100 納米，且多組金屬納米顆粒呈周期性陣列分布。在圖中，金屬納米結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)為盤型結(jié)構(gòu)。 從集成光學(xué)與加工工藝方面考慮，盤型結(jié)構(gòu)可通過(guò)掩膜，刻蝕，蒸鍍或?yàn)R射來(lái)實(shí)現(xiàn)。如圖2所示，在每一組金屬納米顆粒中，金屬納米顆粒形狀為盤狀，且材料是金和銀，兩種材料都在可見(jiàn)波段有較強(qiáng)的等離子體共振效應(yīng)。通過(guò)兩種材料顆粒的耦合效應(yīng)，可在光譜上形成一個(gè)相位被調(diào)制的窗口，實(shí)現(xiàn)特定的相位延遲功能。通過(guò)替換金屬納米顆粒的材料，也可選擇性地對(duì)于某個(gè)波長(zhǎng)范圍的光進(jìn)行相位調(diào)制。圖2中所示的金屬納米顆粒的尺寸為直徑50納米，厚度10納米，每組金屬納米顆粒中顆粒與顆粒的邊間距15納米。 金屬納米顆粒的尺寸和結(jié)構(gòu)主要影響的是對(duì)于入射光調(diào)制的相位的大小，圖中所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)對(duì)于目標(biāo)波長(zhǎng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)正交的兩個(gè)偏振引起的相位差。且圖中中間的金屬納米顆粒2-2 材料為金，兩邊的金屬納米顆粒2-2材料均為銀。偏振光分量3、偏振光分量4相互正交，并入射到金屬納米顆粒上，然后與金屬納米顆粒在作用時(shí)發(fā)生等離子體共振，對(duì)偏振光分量 3、偏振光分量4產(chǎn)生不同的相位延遲。如圖3所示是一種特定結(jié)構(gòu)尺寸下的相位調(diào)制特性。在短波范圍(<500nm)，該結(jié)構(gòu)基本對(duì)于光透明。在長(zhǎng)波范圍(590-650nm)，納米結(jié)構(gòu)對(duì)于入射光的相位延遲達(dá)到，并且形成一個(gè)較寬帶的窗口，能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)的四分之一波片的功能，可將線偏振光與圓偏振光進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換。所述金屬納米顆粒的尺寸為亞波長(zhǎng)級(jí)。相位延遲器的相位延遲功能由襯底上的金屬納米結(jié)構(gòu)決定。在具體使用中，可以按照需求制造所需的結(jié)構(gòu)。其中可以調(diào)整的參數(shù)有納米顆粒的形狀、數(shù)量、大小、材料、間距等。從而相位差的大小、窗口位置、窗口寬度隨之改變。這樣就實(shí)現(xiàn)了基于表面等離激元的相位延遲器。本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于表面等離激元的相位延遲器，包括透明襯底以及金屬納米顆粒；其特征在于：所述的透明襯底主要用于支撐金屬納米顆粒，采用各向同性且低色散的光學(xué)玻璃；所述的金屬納米顆粒對(duì)于入射光起主要的調(diào)制作用，金屬納米顆粒的形狀可多種，包括盤狀、球形、棒狀、三角形；每三顆金屬納米顆粒為一組，且每組金屬納米顆粒的形狀為其中一種或其中幾種結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的組合結(jié)構(gòu)，每組金屬納米顆粒之間的邊距大于100納米，且多組金屬納米顆粒呈周期性陣列分布；？所述金屬納米顆粒的尺寸為亞波長(zhǎng)級(jí)，其尺寸為：直徑50納米，厚度10納米，每組金屬納米顆粒中顆粒與顆粒的邊間距15納米。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于表面等離激元的相位延遲器，包括透明襯底以及金屬納米顆粒；其特征在于:所述的透明襯底主要用于支撐金屬納米顆粒，采用各向同性且低色散的光學(xué)玻璃；所述的金屬納米顆粒對(duì)于入射光起主要的調(diào)制作用，金屬納米顆粒的形狀可多種，包括盤狀、球形、棒狀、三角形；每三顆金屬納米顆粒...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李強(qiáng)，趙行，仇旻，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：浙江大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：