一种线二色性与圆二色性二合一的光学器件及其制备方法

本发明属于光学领域，尤其涉及一种线二色性与圆二色性二合一的光学器件及其制备方法。

背景技术：

1、超表面由亚波长尺度的单元结构组成。这些结构在设计上极为精细，能够对入射的电磁波进行精确的操控，包括其振幅、相位、动量和偏振等特性。随着纳米加工技术的进步，它已经发展成为光学和电磁学领域的重要分支。这种技术的发展，不仅打开了新的科学研究视角，也为工业应用提供了广阔的可能性。二向色性，包括线二色性和圆二色性，指的是特定材料在吸收线偏振或圆偏振电磁波时所表现出的偏振选择性吸收现象。应用于天然药物、高分子材料、蛋白质、核酸等多种手性分子结构分析的圆二色光谱仪，已在不同类型和尺寸的分析中得到广泛使用。而线二色性技术则主要用于探究生物大分子（例如dna）以及合成聚合物的研究。

2、虽然这种现象在自然界中较为普遍，但天然材料中的二向色性效应通常较弱，难以满足实际应用中的需求。因此，开发出具有显著二向色性特性的材料或结构，对于光学、材料科学等领域具有重要意义。采用超材料或者超表面可增强上述物理效应。如中国发明专利cn116387838a、cn111029416b；然而现有技术的器件功能单一（参考cn116387838a、cn111029416b），即单一实现线二色性或圆二色性，无法同时现象上述两种功能。在光学器件下小型化的趋势下，同时实现上述两种功能可满足现代光学小型化的需求。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种线二色性与圆二色性二合一的光学器件及其制备方法，以解决现有技术无法同时实现线二色性与圆二色性的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明的一种线二色性与圆二色性二合一的光学器件及其制备方法的具体技术方案如下：

3、一种线二色性与圆二色性二合一的光学器件，包括顶部金属结构1、顶部介质层2、中部介质层3、底部金属层4；所述顶部金属结构1用于产生选择吸收；所述顶部介质层2和中部介质层3与顶部金属结构1和底部金属层4形成了法布里波罗腔用于增加该器件的二色性。

4、优选地，所述顶部金属结构的厚度为100 nm-200 nm，顶部介质层2的厚度为=50nm-100 nm，中部介质层3的厚度为300 nm-400 nm，底部金属层4的厚度为150 nm-250 nm。

5、优选地，所述顶部金属结构1和底部金属层4材料为金、银或铜，顶部介质层2的材料为氟化镁，中部介质层3的材料为硅。

6、优选地，所述顶部金属结构1的形状为悬链线结构或v字形结构。

7、进一步地，所述悬链线结构的宽度w=200 nm，悬链线的周期为λ=160 nm。

8、进一步地，所述v字形结构的宽度w=1.2 μm，长设为l=1.6 μm，角度设为α=120°

9、本发明还提供了一种线二色性与圆二色性二合一的光学器件制备方法，具体步骤如下：

10、首先，利用磁控溅射技术在2 mm厚的石英衬底上溅射出厚度为200 nm的金膜作为反射层，在金膜上沉积一层厚度为350 nm的硅，在硅膜上沉积一层厚度为80 nm的氟化镁，最后在氟化镁层上沉积一层厚度为100 nm的金膜；其次，在金膜上涂覆一层厚度为300 nm的az1500光刻胶层，通过激光直写在上部光刻胶中形成与顶部金属结构1对应的目标图案。最后，利用离子束刻蚀将结构转移到顶部金层得到顶部金属结构1，并通过反应离子刻蚀去除残留的光刻胶。

11、本发明的一种线二色性与圆二色性二合一的光学器件及其制备方法具有以下优点：（1）该双功能器件可以同时在不同方向实现线二色性和圆二色性两种功能，两种功能之间没有串扰，便于大规模集成；（2）线二色性和圆二色性大。

技术特征：

1.一种线二色性与圆二色性二合一的光学器件，其特征在于，所述器件包括顶部金属结构（1）、顶部介质层（2）、中部介质层（3）、底部金属层（4）；所述顶部金属结构（1）用于产生选择吸收；所述顶部介质层（2）和中部介质层（3）与顶部金属结构（1）和底部金属层（4）形成了法布里波罗腔用于增加该器件的二色性。

2.根据权利要求1所述的一种线二色性与圆二色性二合一的光学器件，其特征在于，所述顶部金属结构（1）的厚度为100 nm-200 nm，顶部介质层（2）的厚度为=50 nm-100 nm，中部介质层（3）的厚度为300 nm-400 nm，底部金属层（4）的厚度为150 nm-250 nm。

3.根据权利要求2所述的一种线二色性与圆二色性二合一的光学器件，其特征在于，所述顶部金属结构（1）和底部金属层（4）材料为金、银或铜，顶部介质层（2）的材料为氟化镁，中部介质层（3）的材料为硅。

4.根据权利要求3所述的一种线二色性与圆二色性二合一的光学器件其特征在于，所述顶部金属结构（1）的形状为悬链线结构或v字形结构。

5.根据权利要求4所述的一种线二色性与圆二色性二合一的光学器件，其特征在于，所述悬链线结构的宽度w=200 nm，悬链线的周期为λ=160 nm。

6.根据权利要求4所述的一种线二色性与圆二色性二合一的光学器件，其特征在于，所述v字形结构的宽度w=1.2 μm，长设为l=1.6 μm，角度设为α=120°。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种线二色性与圆二色性二合一的光学器件的光学器件制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明提供一种线二色性与圆二色性二合一的光学器件及其制备方法，所述器件包括顶部金属结构、顶部介质层、中部介质层、底部金属层；所述顶部金属结构用于产生选择吸收；所述顶部介质层和中部介质层与顶部金属结构和底部金属层形成了法布里波罗腔用于增加该器件的二色性。电磁波通过不同方向的入射，可以同时实现线二色性和圆二色性；所述器件在成像、传感和光谱等领域具有应用前景。技术研发人员：黄奕嘉,李玲,蓝翔受保护的技术使用者：四川师范大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29