[发明专利]一种柔性超表面结构

说明书

本发明公开了一种柔性超表面结构，涉及超材料技术领域。柔性超表面结构由柔性衬底以及该衬底上周期排布的多个亚波长微纳结构重复单元构成，通过特定设计的亚波长微纳结构重复单元在外加应力的情况下，改变亚波长微纳结构中的亮模式和暗模式的相互作用强度，获得了具有高透过率、高品质因子的表面等离子体耦合共振峰，并且获得了较大的群折射率。该结构设计简单，易于制备，实现了超表面结构表面等离子体耦合共振现象动态可调，对于超表面结构在等离子体传感、光开关和慢光器件等技术领域的应用展现了更广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及超材料技术领域，尤其涉及一种柔性超表面结构。

背景技术

超材料(metamaterials)是指自然界中不存在的，具有人工设计的特殊结构并展现超常物理特性的复合材料，例如具有负折射率、法诺共振、完美吸收等超常物理特性。基于超材料制备的超表面结构在等离子体传感、光开关和慢光器件等技术领域具有较高的应用潜力。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明主要解决的问题：如何在超材料制备的超表面结构上实现表面等离子体耦合现象的动态可调，从而扩大超表面结构的应用范围。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明主要通过两个相互独立的共振单元周期性排布在柔性衬底上，由于柔性衬底的可延展特性，可以通过外加应力改变两个共振单元的间距，从而改变两种模式的耦合强度实现等离子体耦合现象的动态可调。通过外加应力的作用可以实现表面等离子耦合峰位的调节。

本发明提出了一种柔性超表面结构，包括：亚波长微纳结构重复单元和柔性衬底，多个亚波长微纳结构重复单元呈周期性排布在柔性衬底上，亚波长微纳结构重复单元用于在柔性衬底上产生等离子体耦合共振；以及柔性衬底用于实现等离子体耦合共振现象柔性动态可调。

亚波长微纳结构单元包括：第一亚波长微纳结构和第二亚波长微纳结构，第一亚波长微纳结构与第二亚波长微纳结构组合排布在同一表面上，用于接收正入射的平面波。

正入射的平面波用于激发第一亚波长微纳结构中的电共振模式作为亮模式；以及第一亚波长微纳结构中的亮模式用于激发第二亚波长微纳结构的耦合共振模式作为暗模式。

第一亚波长微纳结构中的亮模式和第二亚波长微纳结构中的暗模式在频率上接近。第一亚波长微纳结构中的亮模式和第二亚波长微纳结构中的暗模式用于在柔性衬底上相消干涉产生一个透明区域，产生表面等离子体耦合共振。

亚波长微纳结构重复单元用于接收外加应力以改变第一亚波长微纳结构和第二亚波长微纳结构之间的间距。第一亚波长微纳结构和第二亚波长微纳结构之间的间距与第一亚波长微纳结构中的亮模式和第二亚波长微纳结构中的暗模式之间的相互作用强度具备一一对应的关系。

第一亚波长微纳结构和第二亚波长微纳结构的制备材料是金属材料：金、银、铝、铜，或高折射率电介质材料：硅、锗、三氧化二铝、二氧化钛、氧化锌中的一种。柔性衬底具有可弯曲、变形、生物兼容、高透明度以及良好稳定性的特点，其制备材料是PDMS(聚二甲基硅氧烷，polydimethylsiloxane)、polyimide(聚酰亚胺)、PET(聚酯)、PEN(聚苯二甲酸乙二醇酯)、BCB(双对氯甲基苯，p-bis(chloromethyl)benzene)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯，polymethyl methacrylate)、Polypropylene(聚丙烯)、Parylene(聚对二甲苯)、SU8(一种光刻胶，SU8为其型号)或Polystyrene(聚苯乙烯)中的一种，这些材料具有良好的化学稳定性、透气性、透光性、弹性、生物兼容性，并能与传统半导体微纳加工集成技术很好的兼容。