一种光波段吸波器制造技术

一种光波段吸波器，属于光学器件，目的是在可见光～近红外波段具有宽频和偏振无关的吸波特性，且器件尺寸小、结构紧凑、易于集成。本发明专利技术在石英玻璃基板上沉积N个均匀分布的金属线栅单元，每个金属线栅单元均由三根金属螺旋线构成，三根金属螺旋线的螺旋手性相同，且垂直投影为圆形；各金属线栅单元呈正方形排列，每个金属线栅单元的螺旋手性与其上下左右相邻的四个金属线栅单元的螺旋手性相反。本发明专利技术器件尺寸小、结构紧凑、易于集成，能够覆盖可见光和近红外频段的宽频吸波，具有偏振无关性的吸波特性，适用于热辐射探测、太阳能利用、光衰减以及隐身材料等领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光学器件，特别涉及一种光波段吸波器。
技术介绍
吸波材料是涉及光学及微波领域的一种材料，它在电磁屏蔽、探测及隐身材料等领域得到了令人瞩目的应用。传统的吸波材料主要包括以下几种铁氧体，金属微粉，钛酸钡、碳化硅、石墨以及导电纤维等。传统的吸波材料以强吸收为主要目标，但它们通常存在吸收频带窄、密度大等特点。新型吸波材料包括纳米材料、多晶铁纤维、“手征”材料等，目标是要满足“薄、宽、轻、强”这几个特点，即(I)在工作频带中，使入射到材料内部的电磁波在尽量薄得厚度被快速损耗吸收；(2)在足够宽的频带范围内实现较好的吸波特性；(3)要求吸收材料面密度小，重量轻；(4)有较高的力学性能及良好的环境适应性和理化性能。 新型吸波材料的研究最早由美国波士顿学院的研究人员N. I. Landy等人首先提出，JAL N. I. Landy,等.“Perfect metamaterial absorber,，，Physical reviewletter, 100, 207402 (2008) 他们利用开口谐振环(SRR)及切口金属线(Cut wire)所构成的面型双层结构，在11. 5GHz实现了 88%的吸波效率。但该吸波材料的工作频段较窄，且只能吸收沿某一方向振动的线偏振电磁波(即具有偏振相关性)。随后，许多研究人员提出了更多的面型双层结构，实现了线偏振无关性、多吸收峰以及满足宽入射角等性能。当前所提出的新型吸波材料，其吸波效应主要依赖于上下两层之间的电磁谐振，因而工作频带极窄，极大的限制了它们在热辐射探测、太阳能利用以及隐身材料等领域的应用。其次，它们的偏振无关特性适用于线偏振电磁波，而对于圆偏振电磁波的吸波材料尚未有所报道，后者在通讯、传感及军事侦测等领域具有广泛应用。另外，这些研究主要集中在微波，钛赫兹及远红外频段，而工作于可见光和进红外频段的新型吸波材料鲜有报道。
技术实现思路
本专利技术提出一种光波段吸波器，目的是在可见光 近红外波段具有宽频和偏振无关的吸波特性，且器件尺寸小、结构紧凑、易于集成。本专利技术的一种光波段吸波器，在石英玻璃基板上沉积有N个均匀分布的金属线栅单元，金属线栅单元的材料为铝，N ^ IO6 ;其特征在于每个金属线栅单元均由三根直径相同的金属螺旋线构成，金属螺旋线直径为20 40纳米，三根金属螺旋线的螺旋手性相同，且金属螺旋线的垂直投影为圆形，圆形直径为100 200纳米，金属螺旋线的有效圈数为2 5，节距为100 300纳米；各金属线栅单元呈正方形排列，每个金属线栅单元的金属螺旋线螺旋手性与其上下左右相邻的四个金属线栅单元的金属螺旋线螺旋手性相反，各金属线栅单元间距为170 210纳米。所述光波段吸波器的制备方法，包括下述步骤(I).在石英玻璃基板表面沉积导电膜；(2).在导电膜上旋涂光刻胶；(3).通过深紫外相干刻蚀，在光刻胶中形成几十纳米量级N个均匀分布的圆形螺旋状空气隙，NS IO6 ;每个圆形螺旋状空气隙均由三个直径相同的螺旋空气隙构成，螺旋空气隙直径为20 40纳米，三个螺旋空气隙的螺旋手性相同，且螺旋空气隙的垂直投影为圆形，圆形直径为100 200纳米，螺旋空气隙的有效圈数为2 5，节距为100 300纳米；各圆形螺旋状空气隙呈正方形排列，每个圆形螺旋状空气隙的螺旋空气隙螺旋手性与其上下左右相邻的四个圆形螺旋状空气隙的螺旋空气隙螺旋手性相反，各圆形螺旋状空气隙间距为170 210纳米；(4).通过电化学沉积，在N个均匀分布的圆形螺旋状空气隙中沉积金属铝材料，形成由三根直径相同的金属螺旋线构成的金属线栅单元；(5).除去金属线栅单元之间的光刻胶。 在制备过程中，步骤(3)和步骤(4)是比较重要的两个步骤。形成几十纳米线宽的结构对于一般光刻来讲有一定难度，2007年美国一研究小组成功的运用深紫外相干刻蚀的方法得到了大范围线宽小于40纳米的金属线栅结构，见J. J. Wang, F.Walters, X. M. Liu, P. Sciortino, and X. G. Deng, “High-performance, large area, deepultraviolet to infrared polarizers based on 40nm line/78 nm space nanowiregrids, ”Appl. Phys. Lett. 90, 61104(2007);这为步骤(3)的实施提供了依据。另外，运用电化学沉积的方法在螺旋结构中沉积金属材料也是完全可行的，见Justyna K. Gansel,等.“Circular Polarizer Gold Helix Photonic Metamaterial as Broadband,’’Science325，1513(2009)。本专利技术器件尺寸小、结构紧凑、易于集成，由体三维结构构成吸波原件的基本单元一金属线栅单元，通过调整和优化金属线栅单元的参数，如金属线栅直径、有效圈数等，本专利技术在0. 37iim I. 7 iim工作波长范围平均吸波率为90. 3%，在0. 5 y m波长处具有97. 8%的吸收峰值，与
技术介绍
部分对比文献中的吸波器相比，本专利技术能够覆盖可见光和近红外频段的宽频吸波，弥补了面型双层结构工作频带窄的缺陷；实现了具有偏振无关性的吸波特性，适用于热辐射探测、太阳能利用、光衰减以及隐身材料等领域。附图说明图I (a)为本专利技术的结构示意图；图I (b)为本专利技术的俯视图；图I (C)为本专利技术的侧视图；图2为实施例I的光学特性曲线；图3为实施例2的光学特性曲线；图4为实施例3的光学特性曲线；图5为实施例4的光学特性曲线；图6为实施例5的光学特性曲线；图7 Ca) 图7 Ce)为本专利技术的制备方法工艺流程图。具体实施方式如图I (a)、图I (b)、图I (C)所示，本专利技术在石英玻璃基板I上沉积有N个均匀分布的金属线栅单元2，金属线栅单元的材料为铝，N彡IO6 ;每个金属线栅单元均由三根直径相同的金属螺旋线构成，金属螺旋线直径DW为20 40纳米，三根金属螺旋线的螺旋手性相同，且金属螺旋线的垂直投影为圆形，圆形直径DH为100 200纳米，金属螺旋线的有效圈数NP为2 5，节距P为100 300纳米；如图I (b)所示，各金属线栅单元呈正方形排列，每个金属线栅单元的金属螺旋线螺旋手性与其上下左右相邻的四个金属线栅单元的金属螺旋线螺旋手性相反，图I (b)中，用L和R分别表示左手螺旋手性和右手螺旋手性，各金属线栅单元间距SG为170 210纳米。实施例I :石英玻璃基板上沉积有IO6个均匀分布的螺旋状的金属线栅单元，金属螺旋线直径DW为20纳米，金属螺旋线的垂直投影为圆形，圆形直径DH为100纳米，金属螺旋线的有效圈数NP等于3，节距P为300纳米，各金属线栅单元呈正方形排列，每个金属线栅单元的金属螺旋线螺旋手性与其上下左右相邻的四个金属线栅单元的金属螺旋线螺旋·手性相反，各金属线栅单元间距SG等于170纳米。图2所示为实施例I的光学特性曲线，左旋圆偏光和右旋圆偏光的特性曲线完全相同，因此图2仅描绘左旋圆偏光的特性曲线。图中，空心矩形框描绘的曲线为圆偏振光透过率，空心三角形框描绘的曲线为圆偏振光反射率，黑色本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光波段吸波器，在石英玻璃基板上沉积有N个均匀分布的金属线栅单元，金属线栅单元的材料为铝，N≥106；其特征在于：每个金属线栅单元均由三根直径相同的金属螺旋线构成，金属螺旋线直径为20～40纳米，三根金属螺旋线的螺旋手性相同，且金属螺旋线的垂直投影为圆形，圆形直径为100～200纳米，金属螺旋线的有效圈数为2～5，节距为100～300纳米；各金属线栅单元呈正方形排列，每个金属线栅单元的金属螺旋线螺旋手性与其上下左右相邻的四个金属线栅单元的金属螺旋线螺旋手性相反，各金属线栅单元间距为170～210纳米。

【技术特征摘要】
1.一种光波段吸波器，在石英玻璃基板上沉积有N个均勻分布的金属线栅单兀,金属线栅单元的材料为铝，N ^ IO6 ;其特征在于 每个金属线栅单元均由三根直径相同的金属螺旋线构成，金属螺旋线直径为20 40纳米，三根金属螺旋线的螺旋手性相同，且金属螺旋线的垂直投影...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵茗，陆泽钦，杨振宇，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：