[发明专利]一种机械可调的超构表面结构彩色滤波器

说明书

本发明属于微纳光学器件技术领域，涉及一种机械可调的超构表面结构彩色滤波器，包括聚二甲基硅氧烷衬底和二氧化钛纳米棒周期阵列，二氧化钛纳米棒周期阵列包括二氧化钛纳米棒周期阵列A、二氧化钛纳米棒周期阵列B、二氧化钛纳米棒周期阵列C和二氧化钛纳米棒周期阵列D，四种二氧化钛纳米棒周期阵列分别单独固定在可拉伸的聚二甲基硅氧烷基底上表面。其中每一种阵列由相同的单元结构重复排列组成，每个单元结构包括一个二氧化钛纳米棒，其余空间均为空隙。本发明结构具有极强的光束缚效应，该彩色滤波器集成在一块几微米的柔性衬底上，结构简单、体积小，通过改变超表面的晶格常数实现彩色滤波的主动机械调节，且可连续实时调谐。

技术领域

本发明属于微纳光学器件技术领域，涉及一种机械可调的超构表面结构彩色滤波器。

背景技术

超构表面是指一种厚度小于波长的人工层状材料。超表面可实现对电磁波偏振、振幅、相位、极化方式、传播模式等特性的灵活有效调控。超表面结构器件具有许多优点，例如结构简单紧凑、尺寸小、不受衍射极限的限制在诸多领域，尤其光集成、光计算和光信息处理等领域，有广泛的应用前景。

现行常用彩色滤波材料有液晶、石墨烯、有机晶体、金属氧化物等的电光活性材料。器件结构的设计和结构的大小也是光学效应的关键。为了实现滤波，常见的结构有金属-绝缘体-金属叠层，纳米级狭缝和金属纳米颗粒。然而，现有的这些结构具有相同的缺点，结构基板都是厚板，这是当前超紧凑集成光路系统的障碍。另一方面，厚基板会导致一定程度的光学损耗。在可见光波段内，二氧化钛造成的光学损耗基本上可以忽略不计。另一方面，二氧化钛在整个可见光范围内的折射率相对较高，满足在可见光范围内进行全波段滤波的要求。二氧化钛也已经被广泛应用于高密度光学数据存储，纳米级光学元件，传感等方面。

彩色滤波器作为重要的基于结构设计的滤波器件，有效地解决了传统有机染料和化学颜料等滤波材料易失效、不环保、使用周期短的缺陷。表面等离子体是一种由外部电磁场与金属表面自由电子形成的相干共振，入射光能量主要束缚在金属表面并向前传播，它能够有效克服衍射极限，为微纳光子器件的研制提供了新的途径，但是传统的利用金属作为表面等离子体波导材料制作而成的彩色滤波器，一方面其能耗比较大，另一方面由于金属介电常数不可调，当其结构固定之后，难以实现对器件的实时主动调节。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种机械可调的超构表面结构彩色滤波器，通过改变阵列周期结构参数来改变其上超表面材料的晶格常数，从而改变对应结构下的反射光的波段来实现彩色滤波器主动可调的方法。

本发明的技术方案如下：

一种机械可调的超构表面结构彩色滤波器，包括聚二甲基硅氧烷衬底5和二氧化钛纳米棒周期阵列，二氧化钛纳米棒周期阵列包括二氧化钛纳米棒周期阵列A、二氧化钛纳米棒周期阵列B、二氧化钛纳米棒周期阵列C和二氧化钛纳米棒周期阵列D；

二氧化钛纳米棒周期阵列A、二氧化钛纳米棒周期阵列B、二氧化钛纳米棒周期阵列C和二氧化钛纳米棒周期阵列D四种二氧化钛纳米棒周期阵列分别单独固定在可拉伸的聚二甲基硅氧烷基底上表面。其中每一种阵列由相同的单元结构重复排列组成，每个单元结构包括一个二氧化钛纳米棒，其余空间均为空隙，一个单元结构的长度为一个周期。

所述的单元结构内部的空隙，未拉伸时的空隙尺寸由基础占空比决定。

占空比表示为，在同一方向上，二氧化钛纳米棒的轴长与所在单元结构的周期之比，基础占空比取值为0.96。