[发明专利]一种通过纳米剪纸形成偏振旋转器的制备方法

说明书

本发明提供了一种通过纳米剪纸形成偏振旋转器的制备方法，属于三维微纳加工技术和三维器件技术领域。其包括步骤:制备一悬空的导电薄膜；对所述导电薄膜切割，得到至少一个导电薄膜构成局部连接的、多条非接触曲线构成的非封闭二维通透结构；采用离子束对非封闭二维通透结构所在的区域进行帧扫描式的整体辐照，以形成拱起及扭曲的三维曲面微纳结构，即得到构成偏振旋转器的三维曲面结构单元；将三维曲面结构单元按预定的周期排列，以得到偏振旋转器。本发明提供的制备方法，能解决现有技术中三维微纳结构形貌简单，无法实现丰富的三维微纳结构制备的不足，具有工艺简单、易于实现、可重复制作的优点。

技术领域

本发明涉及三维微纳加工技术和三维器件技术领域，特别是涉及一种通过纳米剪纸形成偏振旋转器的制备方法。

背景技术

光是一种电磁波，它的偏振特性广泛应用于3D成像和通讯(特别是量子通信)领域。传统的偏振旋转器，如液晶和法拉第旋转器，由于偏振效率较低，通常厚度较大，不利于微纳器件的集成应用。

另一方面，随着微纳光电器件的集成度越来越高，单纯的在二维空间内的光电器件集成已经难以满足日益增长的多功能化需求，因此，三维微纳光电器件的制备成为微纳器件超小型化、功能化集成发展的一个重要途径，众多三维制备技术，如3D打印得到了极大的关注和发展。但是，采用3D打印制备微纳米级别的金属光电功能器件存在巨大挑战。与此同时，人们发展出一些简单的利用离子束辐照控制薄膜形变来制备三维结构的工艺。其具体原理是在悬空的自支撑金属薄膜上，利用聚焦离子束刻蚀出悬臂结构，然后再用离子束辐照使金属悬臂结构发生形变，可以获得一些简单的三维金属结构。这类三维金属结构已经在微纳光学性能开发、微纳光学传感和光电调控等方面显示出独特的应用价值。

但是，现有技术中得到的三维微纳结构形貌简单，无法实现丰富的三维微纳结构制备，如三维自由曲面的偏振旋转器，限制了其在更为广阔的微纳光电领域的应用。

发明内容

本发明的一个目的是要提供一种通过纳米剪纸形成偏振旋转器的制备方法，克服上述技术缺陷，解决现有技术中三维微纳结构形貌简单，无法实现丰富的三维微纳结构制备的不足。

特别地，本发明提供了一种通过纳米剪纸形成偏振旋转器的制备方法，其包括以下步骤：

S1，制备一悬空的导电薄膜；

S2，对所述导电薄膜切割，得到至少一个导电薄膜构成局部连接的、多条非接触曲线构成的非封闭二维通透结构；

S3，采用离子束对非封闭二维通透结构所在的区域进行帧扫描式的整体辐照，以形成拱起及扭曲的三维曲面微纳结构，即得到构成偏振旋转器的三维曲面结构单元；

S4，将三维曲面结构单元按预定的周期排列，以得到偏振旋转器。

可选地，所述导电薄膜为表面平坦的、中间悬空、四周支撑的导电薄膜。

可选地，导电薄膜悬空形成在具有窗口的基底上，所述导电薄膜的四周被所述基底的窗口支撑。

可选地，所述导电薄膜为复合薄膜或纯金属薄膜；所述复合薄膜为对介质膜材料进行金属镀膜形成；所述纯金属薄膜是利用微纳加工工艺将介质膜去除后获得。

可选地，所述复合薄膜为商用氮化硅窗口进行热蒸发的镀金膜。

可选地，所述导电薄膜为金、银、铜、铝、镍、钛、铬中的一种或多种。

可选地，在S2中，对所述导电薄膜切割时采用离子束切割、紫外曝光或电子束曝光及刻蚀工艺进行。

可选地，在S2中，所述非封闭二维通透结构的形状根据最终制作三维器件的需求选择；

所述非封闭二维通透结构可以是四腿风车形状结构、三腿形风车形状结构、复合弧形结构中的任意一种。