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技术

本发明专利技术公开了一种对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°；本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术涉及微纳加工
，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。
技术介绍
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-SelectiveTransmissionandDevisableChiralityinTwo-LayerMetasurfacesSci.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(CircularDichroismMetamirrorswithNear-PerfectExtinction,ACSPhotonics.)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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术采用以下技术方案：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°。本专利技术在设计时，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°。这是由于本专利技术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(localizedsurfaceplasmon，LSPmode)和间隙模式(gapmode)。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，本专利技术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；所述金属纳米结构层的厚度为50-60nm；所述绝缘层的厚度为80-100nm。作为优选，所述金属纳米结构层从下至上依次为黏附层和金属层；所述黏附层的厚度为3-8nm，所述金属层的厚度为45-55nm；所述黏附层为Cr或Ti，所述金属层为Au；所述绝缘层为二氧化硅。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的制备方法，包括以下制备步骤：(1)涂胶：在二氧化硅衬底表面旋涂电子束光刻胶；(2)曝光：在旋涂有电子束光刻胶的二氧化硅衬底上进行电子束曝光，曝光对称纳米半圆阵列，并做上套刻标记；(3)显影：用显影液溶解除去受到曝光的电子束光刻胶；(4)金属纳米结构层沉积：在显影后的二氧化硅衬底上依次进行黏附层和金属层沉积；(5)去胶：将沉积后的二氧化硅衬底浸没于去胶溶剂中，剥离电子束光刻胶，得到金属纳米结构层；(6)绝缘层沉积：在去胶后的二氧化硅衬底上进行绝缘膜沉积，得到绝缘层；(7)涂胶：表面再次旋涂电子束光刻胶；(8)曝光：对准套刻标记，在已有金属纳米结构层上曝光对称设置的纳米半圆阵列，同时将对称设置的纳米半圆阵列围绕中心旋转60°；(9)显影：用显影液溶解除去受到曝光的电子束光刻胶；(10)金属纳米结构层沉积：在显影后的二氧化硅衬底上依次进行黏附层和金属层沉积；(11)去胶：将沉积后的二氧化硅衬底浸没于去胶溶剂中，剥离电子束光刻胶，制备得到空间扭转三维纳米结构；(12)封装：将紫外固化光学胶滴加于空间扭转三维纳米结构表面，随后进行紫外光固化封装。本专利技术在制备过程中，首先通过在二氧化硅衬底表面涂胶、曝光和显影，得到对称纳米半圆阵列的孔洞，随后在孔洞内依次进行黏附层和金属层沉积，得到下层金属纳米结构层，在将电子束光刻胶剥离之后，进行绝缘膜的沉积，随后，再在已有金属纳米结构层上曝光对称设置的纳米半圆阵列，并围绕中心旋转60°，在显影得到孔洞后，进行黏附层和金属层沉积，得到上层金属纳米结构层，最后去胶，并采用紫外固化光学胶滴加于空间扭转三维纳米结构表面进行封装，此时紫外固化光学胶对间隙进行了填充，制备得到对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。作为优选，所述电子束光刻胶为PMMA。作为优选，所述曝光条件为20-30kV，90-110nC/cm2。作为优选，所述沉积速率为0.45-0.55nm/s。作为优选，所述去胶溶剂包括N-甲基吡咯烷酮或丙酮中的一种或两种混合。作为优选，所述绝缘层的折射率为1.38-1.46。作为优选，所述紫外光固化能量为4-5J/cm2。因此，本专利技术具有如下有益效果：(1)本专利技术空间扭转三维纳米结构在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；(2)本专利技术对手性光的透过率差异大；(3)本专利技术通过调节绝缘层折射率可以实现差异性响应波段的调节。附图说明图1是本专利技术空间扭转三维纳米结构示意图。图2为不同角度空间扭转三维纳米结构对左旋光和右旋光入射条件电荷分布响应图。图3为本专利技术不同角度空间扭转三维纳米结构透射率差异图。图4为本专利技术不同绝缘层折射率空间扭转三维纳米结构透射率差异图。图中：金属纳米结构层1，绝缘层2，间隙3，纳米半圆阵列4。具体实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对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，其特征在于，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（1）、绝缘层（2）和金属纳米结构层（1），所述金属纳米结构层为对称设置的纳米半圆阵列（4），所述纳米半圆阵列之间设有间隙（3），所述上下金属纳米结构层间隙之间的夹角为55-65°。/n

【技术特征摘要】
1.一种对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，其特征在于，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（1）、绝缘层（2）和金属纳米结构层（1），所述金属纳米结构层为对称设置的纳米半圆阵列（4），所述纳米半圆阵列之间设有间隙（3），所述上下金属纳米结构层间隙之间的夹角为55-65°。


2.根据权利要求1所述的一种对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，其特征在于，所述三维纳米结构的半径为140-160nm；
所述间隙的宽度为45-55nm；
所述金属纳米结构层的厚度为50-60nm；
所述绝缘层的厚度为80-100nm。


3.根据权利要求1所述的一种对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，其特征在于，所述金属纳米结构层从下至上依次为黏附层和金属层；
所述黏附层的厚度为3-8nm，所述金属层的厚度为45-55nm；
所述黏附层为Cr或Ti，所述金属层为Au；
所述绝缘层为二氧化硅。


4.如权利要求1-3任一所述的一种对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的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
（1）涂胶：在二氧化硅衬底表面旋涂电子束光刻胶；
（2）曝光：在旋涂有电子束光刻胶的二氧化硅衬底上进行电子束曝光，曝光对称纳米半圆阵列，并做上套刻标记；
（3）显影：用显影液溶解除去受到曝光的电子束光刻胶，实现孔洞；
（4）金属纳米结构层沉积：在显影后的二氧化硅衬底上依次进行黏附层和金属层沉积；
（5）去胶：将沉积后的二氧化硅衬底浸没于去胶溶剂中，剥离电子束光刻胶，得到金属纳米结构层；
（6）绝缘层沉积：在去胶后的二氧化硅衬底上进行绝缘膜沉积，得到绝缘层；<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雪峰，屠蕊，张鉴，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33