【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及基于多层膜实现高效率光学手性装置及制备方法和应用，属于圆偏振器、生物传感器、量子光学与手性光学领域。
技术介绍
1、α-moo3是一种天然的双曲极性介质，具有面内面外的极端各向异性，正交晶系的对称性也决定了它可以支持双曲声子极化激元(phps)模式，进而可以有效增强各向异性α-moo3膜层与入射光的相互作用。与绝缘宽带隙六方氮化硼(hbn)相比，具有半导体特性的α-moo3具有丰富的电子结构、优良的电输运特性、掺杂后可调的光电子性能、强的光吸收等优点，更适合于实际的光电器件应用。
2、本征手性，也称为真手性，是指同时具备面内和面外镜像对称破缺系统所呈现的自旋选择特性。在光学系统中，为了评估本征光学手性(真光学手性)，通常采圆二色性(cd)来说明手性材料与不同圆偏振光之间的相互作用。但是，天然材料与外部入射光场的耦合效应很弱，很难构建超紧凑的光学手性装置。此外，虽然仅具备面内或面外镜像对称性破缺的微纳结构，在正入射或斜入射时均可以获得增强的cd信号，但正入射情形的cd信号源于结构各向异性诱导的偏振转换，斜入射情形的cd信号源于斜入射情形结构相对入射光的镜像对称性破缺，因此两种情形下激发的cd信号都是非本征光学手性(假光学手性)信号，不能作为本征cd信号来分析测量，这极大限制了本征光学手性在相关领域的应用。
3、当前，为了获得较高的本征cd，主要采取以两种方式：(1)利用结构面内与面外镜像对称性都破缺的手性超材料，如人工螺旋结构、三维扭转l型元原子阵列等，或者基于电磁多模态共振、导模共振或局域等
4、综上所述，现有的实现高效率本征cd的方法及装置中，要想增强本征光学手性，往往需要借助复杂微结构图案及其各种共振效应，并且手性超材料一旦被制备，其手性响应也不能被动态调控。尽管在三维手性超材料中可以获得高效率的本征cd信号，但该方法依赖于现代加工方法和制作工艺的精进。由于大多数三维手性超材料结构复杂，制备工艺繁琐，制备成本高，对制备技术和加工精度要求极高，极大制约了器件的实际应用。
技术实现思路
1、[技术问题]
2、现有的，在可见光至红外波段实现近高效率的本征cd，往往需要在同时具备面内和面外镜像对称性破缺的手性超材料借助各种共振效应实现，对制备技术和加工精度要求极高，并且手性超材料一旦被制备，其手性响应就不能动态调控。由于大多数手性超材料结构复杂、制备工艺繁琐，加工成本高，限制了这类器件的实际应用。
3、[技术方案]
4、本专利技术的第一个目的在于提供一种光学手性装置，包括依次设置的基底1、下各向异性膜层2、相变膜层3、上各向异性膜层4；所述相变膜层3位于所述上各向异性膜层4与下各向异性膜层2之间，所述上各向异性膜层4与所述下各向异性膜层2有相对扭转角为φ，使装置的面外镜像对称性破缺。
5、可选的，所述上各向异性膜层4，相变膜层3与下各向异性膜层2的厚度分别为d1，d2和d3，其中，0.455≤d1≤0.695μm，0.02≤d2≤0.14μm，2.4≤d3≤2.8μm。
6、可选的，所述相对扭转角φ的取值范围为：0≤φ≤90度。
7、可选的，所述上各向异性膜层4与下各向异性膜层2采用各向异性薄层材料，包括：黑磷、硼酚、hbn、α-moo3等。
8、可选的，所述相变膜层3采用相变材料，包括：液晶材料、锗锑碲靶材gst、vo2等。
9、可选的，所述基底是氟化钡或硅等在中红外波段吸收损耗较小的基底。
10、本专利技术的第二个目的在于提供一种光学手性装置的制备方法，包括：
11、步骤1：制备α-moo3薄膜；
12、步骤2：采用机械剥离等方式，将制备好的α-moo3薄膜转移到基底上，形成下各向异性膜层；
13、步骤3：在具有α-moo3薄膜的基底上沉积相变膜层；
14、步骤4：采用机械剥离等方式，将制备好的α-moo3薄膜扭转后，转移到所述相变膜层覆盖的α-moo3薄膜上，形成上各向异性膜层，扭转角度使装置的面外镜像对称性破缺。
15、可选的，所述上各向异性膜层，相变膜层与下各向异性膜层的厚度分别为d1，d2和d3，其中，0.455≤d1≤0.695μm，0.02≤d2≤0.14μm，2.4≤d3≤2.8μm。
16、可选的，步骤1通过化学气相沉积法在高定向热解石墨(hopg)衬底上制备α-moo3薄膜。
17、可选的，步骤1采用电子束蒸发或化学气相沉积法，在具有α-moo3薄膜的氟化钡或硅基底上沉积vo2薄膜。
18、本专利技术的第三个目的在于提供一种对cd信号进行动态调控的方法，基于上述任一项所述的光学手性装置实现，所述光学手性装置的相变膜层采用vo2薄膜，通过改变vo2薄膜金属态的体积分数，实现对cd信号的动态调控。
19、本专利技术的第三个目的在于提供一种实现cd信号增强的方法，基于上述任一项所述的光学手性装置实现，通过各向异性膜层之间的相对扭转，破坏结构的镜像对称性实现cd信号增强。
20、本专利技术的第四个目的在于提供一种实现光学手性的方法，利用上述任一项所述的光学手性装置实现。
21、本专利技术有益效果是：
22、本专利技术采用扭转的、各向异性膜层构筑的光学手性装置，可以避免以往采用各向同性材料构建的微纳结构由于偏振转换或斜入射诱导的非本征cd(假cd)信号，进而采用较简单的免刻蚀多层膜结构实现本征cd(真cd)信号增强本专利技术的光学手性装置制备方法简单，只要各向异性膜层扭转就有光学手性，不局限于特定角度，因此具有较高的结构制备容差、角度容差和cd动态可调功能，在分析化学、偏振光学、手性光学和生物传感等领域具有很好的应用前景。
23、在本专利技术的一种实施方式中，通过对各向异性膜层α-moo3之间的相对扭转，破坏结构的镜像对称性实现cd信号增强，同时通过优化扭转角可以获得高效率的cd信号，使得基于扭转的α-moo3膜层对不同圆偏振光的表现出选择性反射，避免因刻蚀工艺带来的复杂制备流程，有利于简化选材和器件结构，进而降低器件的实际制备难度。
24、在本专利技术的一种实施方式中，通过采用成本较低廉，工艺相对成熟的化学气相沉积(cvd)法或电子束蒸发镀膜等方式来制备本征光学手性装置，易于实现超紧凑、易集成、低成本的超紧凑平板光子器件。
25、本专利技术中薄膜结构的手性增强源于结构的镜像对称性破缺，因此本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种光学手性装置，其特征在于，包括依次设置的基底(1)、下各向异性膜层(2)、相变膜层(3)、上各向异性膜层(4)；所述相变膜层(3)位于所述上各向异性膜层(4)与下各向异性膜层(2)之间，所述上各向异性膜层(4)与所述下各向异性膜层(2)有相对扭转角为φ，使装置的面外镜像对称性破缺。
2.根据权利要求1所述的光学手性装置，其特征在于，所述上各向异性膜层(4)，相变膜层(3)与下各向异性膜层(2)的厚度分别为d1，d2和d3，其中，0.455≤d1≤0.695μm，0.02≤d2≤0.14μm，2.4≤d3≤2.8μm。
3.根据权利要求1所述的光学手性装置，其特征在于，所述相对扭转角φ的取值范围为：0<φ<90度。
4.根据权利要求1所述的光学手性装置，其特征在于，所述上各向异性膜层(4)与下各向异性膜层(2)采用各向异性薄层材料。
5.根据权利要求1所述的光学手性装置，其特征在于，所述相变膜层(3)采用相变材料。
6.一种光学手性装置的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
7.根据权利要求
8.一种对CD信号进行动态调控的方法，其特征在于，基于权利要求1-5任一项所述的光学手性装置实现，所述光学手性装置的相变膜层采用VO2薄膜，通过改变VO2薄膜金属态的体积分数，实现对CD信号的动态调控。
9.一种实现CD信号增强的方法，其特征在于，所述方法基于权利要求1-5任一项所述的光学手性装置实现，通过各向异性膜层之间的相对扭转，破坏结构的镜像对称性实现CD信号增强。
10.一种实现光学手性的方法，其特征在于，利用权利要求1-5任一项所述的光学手性装置实现。
...【技术特征摘要】
1.一种光学手性装置，其特征在于，包括依次设置的基底(1)、下各向异性膜层(2)、相变膜层(3)、上各向异性膜层(4)；所述相变膜层(3)位于所述上各向异性膜层(4)与下各向异性膜层(2)之间，所述上各向异性膜层(4)与所述下各向异性膜层(2)有相对扭转角为φ，使装置的面外镜像对称性破缺。
2.根据权利要求1所述的光学手性装置，其特征在于，所述上各向异性膜层(4)，相变膜层(3)与下各向异性膜层(2)的厚度分别为d1，d2和d3，其中，0.455≤d1≤0.695μm，0.02≤d2≤0.14μm，2.4≤d3≤2.8μm。
3.根据权利要求1所述的光学手性装置，其特征在于，所述相对扭转角φ的取值范围为：0<φ<90度。
4.根据权利要求1所述的光学手性装置，其特征在于，所述上各向异性膜层(4)与下各向异性膜层(2)采用各向异性薄层材料。
5.根据权利要求1所述的光学手性装置，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：桑田，陆钧剑，骈陲，欧阳思远，景泽，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：
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