一种超构表面器件及其设计、制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113946009A(43)申请公布日2022.01.18(21)申请号202111255037.5(22)申请日2021.10.27(71)申请人中国科学院光电技术研究所地址610209四川省成都市双流350信箱(72)发明人罗先刚张飞蒲明博蔡吉祥马晓亮李雄(74)专利代理机构北京科迪生专利代理有限责任公司11251代理人江亚平(51)Int.Cl.G02B5/30(2006.01)G02B27/00(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图4页(54)发明名称一种超构表面器件及其设计、制备方法(57)摘要本发明提供一种超构表面器件及其设计、制备方法，其中，超构表面器件包括至下而上叠置的金属反射层、介质层和具备n重旋转对称性的金属结构层；金属结构层上设置多个单元结构，单元结构包括n个弧形结构，n个弧形结构顶点相接触，相邻两个弧形结构间的旋转角度为β＝2π/n(rad)，n为奇数，其满足广义几何相位调控方程Φ＝±2nθ(θ为亚波长结构的方向角)，同时具备宽带圆二向色性，对左右旋圆偏振入射光具有不同吸收率。本发明可用于手性光谱仪、手性成像等系统中。CN113946009ACN113946009A权利要求书1/2页1.一种兼容广义几何相位调控和宽带圆二向色性的超构表面器件，其特征在于：所述超构表面器件包括至下而上叠置的金属反射层(1)、介质层和具备n重旋转对称性的金属结构层(5)；所述金属结构层包括多个单元结构，所述单元结构包括n个弧形结构，n个所述弧形结构顶点相接触，相邻两个所述弧形结构间的旋转角度为β＝2π/n(rad)，n为奇数。2.根据权利要求1所述的一种兼容广义几何相位调控和宽带圆二向色性的超构表面器件，其特征在于：所述金属反射层(1)选自金、银、铝、铬、铜、镍中的任一种；所述介质层选自硅、二氧化硅、锗、氟化镁、氟化钡、二氧化钛中的任一种；所述金属结构层(5)选自金、银、铝、铬、铜、镍中的任一种。3.根据权利要求1所述的一种兼容广义几何相位调控和宽带圆二向色性的超构表面器件，其特征在于：所述介质层由一层介质单层组成或两层以上的介质单层层叠组成。4.根据权利要求1所述的一种兼容广义几何相位调控和宽带圆二向色性的超构表面器件，其特征在于：所述金属反射层(1)的厚度为z>λ0/20；所述介质层厚度为D且λ0/10<D<2λ0；所述金属结构层(5)厚度为H且λ0/10<H<λ0；所述单元结构周期为p且λ0/3<p<λ0；其中，λ0为入射光的中心波长。5.根据权利要求1或2所述的一种兼容广义几何相位调控和宽带圆二向色性的超构表面器件，其特征在于：所述弧形结构由单条弧线和将其绕端点旋转后的弧线首尾连接组成，旋转角度为α且π/18<α<π/3。6.根据权利要求5所述的一种兼容广义几何相位调控和宽带圆二向色性的超构表面器件，其特征在于：所述弧线为阿基米德螺线、圆弧线、悬链线中的任一种。7.一种如权利要求1～6中任一项所述的超构表面器件的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：在金属反射层(1)上形成介质层；在所述介质层上形成具备n重旋转对称性的金属结构层(5)，n为奇数。8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述金属结构层(5)的形成包括以下步骤：S1、选取弧线为阿基米德螺旋线、圆弧线、悬链线中的任一种；S2、将单条弧线绕其端点旋转α后，将单条弧线和其旋转后的弧线首尾连接组成弧形结构；S3、将n个弧形结构顶点相接触共同构成单元结构，相邻两个弧形结构间的旋转角度为β＝2π/n(rad)，n为奇数；S4、将所述单元结构旋转θ角且0≦θ≦360°/2n，多个单元结构排布组成所述金属结构2CN113946009A权利要求书2/2页层(5)。9.一种兼容广义几何相位调控和宽带圆二向色性的超构表面器件的设计方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：1)设计单元结构；2)将所述单元结构旋转θ角且0≦θ≦360°/2n，多个单元结构排布组成金属结构层(5)；3)在所述金属结构层(5)下方依次设置介质层和金属反射层(1)。10.根据权利要求9所述的设计方法，其特征在于：所述步骤1)包括以下步骤：S21、选取弧线为阿基米德螺旋线、圆弧线、悬链线中的任一种；S22、将单条弧线绕其端点旋转α后，将单条弧线和其旋转后的弧线首尾连接组成弧形结构；S23、将n个弧形结构顶点相接触共同构成单元结构，相邻两个弧形结构间的旋转角度为β＝2π/n(rad)，n为奇数。11.根据权利要求9所述的设计方法，其特征在于：所述金属反射层(1)的厚度为z>λ0/20；所述介质层厚度为D且λ0/10<D<2λ0；所述金属结构层(5)厚度为H且λ0/10<H<λ0；所述单元结构周期为p且λ0/3<p<