【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及表面等离激元纳米光子学，特别是涉及一种基于超材料结构的中红外偏振转换器及其制备方法。
技术介绍
1、红外偏振转换器是一种能够将入射的红外辐射转换为特定偏振状态的器件。在许多应用中，特定的偏振状态是至关重要的，例如在红外成像、光通信以及材料研究中。超表面技术可以通过设计微结构来实现对红外辐射的偏振转换，相比传统的光学元件，超表面具有尺寸小、重量轻、可集成、可调节等优势。
2、市场背景方面，超表面技术以其潜在的广泛应用领域吸引了许多研究和商业机构的关注，以下是超表面技术及其在红外偏振转换器方面的市场背景的一些潜在方面：
3、偏振状态分析：红外偏振转换器可以分析光的偏振状态，也就是光波的振动方向。
4、分析材料的光学特性：包括反射、吸收和散射等，从而了解材料的结构和性质，这对于许多应用来说至关重要。
5、红外成像：红外偏振转换器可以用于红外成像系统中，可以提供关于目标的额外信息，如材料特性、表面形貌等。
6、红外偏振转换器在红外夜视设备中起到了至关重要的作用，使得在低光照条件下对环境进行监测和目标识别成为可能。用于探测人体、动物和设备等物体的热量辐射，广泛应用于军事侦察、搜索救援和安防监控等方面。环境监测：在环境科学和气象学中，红外偏振探测器可以用于检测大气中的温室气体、湿度等参数，对于环境监测和气象预报具有重要意义。
7、普通偏振片通常是基于各向同性材料(如片状晶体、多层介质等)制作而成的。它们依赖于材料的晶体结构或多层介质的吸收和传播特性来实现对
8、超表面偏振的研究背景可以追溯到20世纪90年代，当时的研究人员开始研究如何通过设计微小的结构单元来实现对入射光的偏振操控。早期的研究主要集中在利用金属薄膜和纳米孔阵列等结构来实现偏振控制，但这些方法存在着一些限制，如偏振控制范围较窄、工艺复杂等问题。近年来，随着纳米加工技术的不断发展和超材料的出现，超表面偏振技术得到了快速发展。超表面偏振技术不仅可以实现对入射光的偏振操控，还可以实现对光的相位和振幅的高度定向调节，为光学器件的设计和制造提供了全新的思路。通过设计纳米结构，从而实现灵活控制反射光偏振方向的效果。调整所设计的微纳结构的参数，工作带宽和工作波长可以灵活掌握，偏振转换效率也远远高于传统方法。因此，超材料偏振转换器具有更大的应用前景。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中超表面偏振的偏振控制范围较窄、工艺复杂等的技术问题，本专利技术的一个目的在于提供一种基于超材料结构的中红外偏振转换器，所述中红外偏振转换器包括，金属衬底层、在所述金属衬底层上制备的二氧化硅层，以及在所述二氧化硅层上制备的超表面层；
2、其中，所述超表面层包括周期排布的多个超表面结构单元；其中，每一个所述超表面结构单元包括倾斜排布的中间矩形金属块，以及在所述中间矩形金属块两边倾斜排布的第一矩形金属块和第二矩形金属块；
3、所述第一矩形金属块、所述第二矩形金属块和所述中间矩形金属块平行。
4、优选地，所述金属衬底层的厚度为25nm，所述二氧化硅层的厚度为450nm。
5、优选地，所述超表面层的多个超表面结构单元的周期p＝1500nm；
6、所述中间矩形金属块的长度为1800nm，宽度为200nm；所述第一矩形金属块的长度为500nm，宽度为200nm；所述第二矩形金属块的长度为500nm，宽度为200nm。
7、所述第一矩形金属块、所述第二矩形金属块和所述中间矩形金属块的厚度为25nm。
8、本专利技术的另一个目的在于提供一种基于超材料结构的中红外偏振转换器的制备方法，所述制备方法包括：
9、s1、在平整的si衬底上使用电子束蒸发仪器蒸镀金属薄膜，形成金属衬底层；
10、s2、使用磁控溅射在所述金属衬底层上镀二氧化硅层；
11、s3、在所述二氧化硅层上旋涂光刻胶；经电子束曝光加工，在光刻胶上形成第一矩形金属块、第二矩形金属块和中间矩形金属块的超表面图案凹槽；
12、s4、使用电子束蒸发在形成第一矩形金属块、第二矩形金属块和中间矩形金属块的超表面图案凹槽的光刻胶表面蒸镀金膜；
13、经丙酮溶液洗去未曝光位置处的残胶，形成具有第一矩形金属块、第二矩形金属块和中间矩形金属块的超表面结构单元。
14、本专利技术提供的一种基于超材料结构的中红外偏振转换器及其制备方法，在金属衬底层上制备的二氧化硅层，在二氧化硅层上制备的超表面层，超表面层具有周期排布的多个超表面结构单元，在中红外(3～5μm)波段内提供线偏振光转圆偏振光功能，保证光场质量的前提下，能够减小偏振元件体积、降低元件质量，解决中红外偏振片体积过大问题。
15、本专利技术提供的一种基于超材料结构的中红外偏振转换器及其制备方法，在3～5um波段能够实现高效偏振转换，具有效率高、易加工、性能稳定等优点，解决了偏振片在小尺寸器件的应用问题。
16、本专利技术提供的一种基于超材料结构的中红外偏振转换器及其制备方法，中红外偏振转换器可以在3-5μm波段实现高效的偏振转换，并且可以通过调整结构的参数来灵活改变其工作波长。
17、本专利技术提供的一种基于超材料结构的中红外偏振转换器及其制备方法，中红外超材料偏振转换器的超表面层的多个超表面结构单元在xy平面内呈周期性排列。每个超表面结构单元具有三个金属块，最底层的金属衬底层能够反射入射的红外光，对于入射的中红外偏振光而言是一个完美的反射镜。
18、本专利技术提供的一种基于超材料结构的中红外偏振转换器及其制备方法，超表面层与入射偏振光的相互作用引发等离激元共振，在xy方向上产生相同效果的场增强ex和ey。假定入射光的偏振沿y方向，那么ey电场分量和入射光所携带的电场p y干涉相消，ex分量将会产生偏振沿x的反射光。由此，入射在该光学特异材料上的线偏振光经反射后，偏振方向发生了90°的改变。在多次反射的过程中，电磁波的极化态会发生一定程度的改变，最终形成同向偏振反射分量和正交偏振反射分量。假设入射波电场为ein，电磁波穿过超表面层后，可以得到反射波电场。入射波二氧化硅层中进行多次反射，同向偏振反射分量干涉相消使得同向偏振反射分量减弱，正交偏振反射分量相干叠加使得正交偏振反射分量增强，进而产生高效的极化转换率。
19、本专利技术提供的一种基于超材料结构的中红外偏振转换器及其制备方法，中红外偏振转本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于超材料结构的中红外偏振转换器，其特征在于，所述中红外偏振转换器包括，金属衬底层、在所述金属衬底层上制备的二氧化硅层，以及在所述二氧化硅层上制备的超表面层；
2.根据权利要求1所述的中红外偏振转换器，其特征在于，所述金属衬底层的厚度为25nm，所述二氧化硅层的厚度为450nm。
3.根据权利要求1所述的中红外偏振转换器，其特征在于，所述超表面层的多个超表面结构单元的周期P＝1500nm；
4.一种基于超材料结构的中红外偏振转换器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
【技术特征摘要】
1.一种基于超材料结构的中红外偏振转换器，其特征在于，所述中红外偏振转换器包括，金属衬底层、在所述金属衬底层上制备的二氧化硅层，以及在所述二氧化硅层上制备的超表面层；
2.根据权利要求1所述的中红外偏振转换器，其特征在于，所述金属衬底层的厚度为25...
【专利技术属性】
技术研发人员：祝连庆，陈洋，鹿利单，何彦霖，张旭，陈伟强，董明利，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：
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