[发明专利]一种基于金属超表面结构的光存储器件及方法

权利要求书

1.一种基于金属超表面结构的光存储器件，其特征在于，包括：基底，所述基底上设置有金属纳米砖阵列；

所述金属纳米砖阵列包括呈周期性排布的多个尺寸一致、转角不同的金属纳米砖，相邻的金属纳米砖的中心点间的距离相同；

所述基底划分为多个尺寸一致的周期性的正方形单元，每个所述正方形单元作为一个基底子单元，每个所述基底子单元的工作面上设有一个所述金属纳米砖；每个所述基底子单元及其工作面上的一个所述金属纳米砖的组合作为一个光信息存储单元，在入射线偏光的偏振方向保持不变的情况下，通过改变N个金属纳米砖的转角实现多信息的写入，存储N-bit信息；

所述基底和所述金属纳米砖均为亚波长尺寸，所述金属纳米砖为长方体形；

在选定的工作波长下，入射线偏光沿所述金属纳米砖的短轴时，反射率最低，透射率最高；入射线偏光沿所述金属纳米砖的长轴时，反射率最高，透射率最低。

2.根据权利要求1所述的基于金属超表面结构的光存储器件，其特征在于，所述基底的材料采用二氧化硅，所述金属纳米砖的材料采用银。

3.根据权利要求1所述的基于金属超表面结构的光存储器件，其特征在于，所述基底的相互垂直的两条边分别为x轴和y轴，所述金属纳米砖的转角θ为所述金属纳米砖的长轴与所述基底的x轴之间的夹角，入射线偏光经过所述金属纳米砖后的透射光强度满足以下公式：

I＝I₀cos²(θ-α)

其中，I为透射光的光强，I₀为入射光强，θ-α为入射线偏光的偏振方向与金属纳米砖的长轴方向的夹角，θ为金属纳米砖的转角，α为入射线偏光与基底的x轴的夹角。

4.根据权利要求3所述的基于金属超表面结构的光存储器件，其特征在于，容量为N-bit的光存储器件中N个金属纳米砖的转角由以下公式决定：

其中，i为整数，分别取0,1,2,…,N-1。

5.根据权利要求4所述的基于金属超表面结构的光存储器件，其特征在于，容量为16-bit的光存储器件中16个金属纳米砖的转角分别为：0°、14.96°、21.42°、26.57°、31.09°、35.26°、39.23°、43.09°、46.91°、50.77°、54.73°、58.91°、63.43°、68.58°、75.04°、90°。

6.一种基于金属超表面结构的光存储方法，其特征在于，采用如权利要求1-5中任一所述的基于金属超表面结构的光存储器件，方法包括：将每个基底子单元及其工作面上的一个金属纳米砖的组合作为一个光信息存储单元，在入射线偏光的偏振方向保持不变的情况下，通过改变N个金属纳米砖的转角实现多信息的写入，存储N-bit信息。

7.根据权利要求6所述的基于金属超表面结构的光存储方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、确定工作波长，通过电磁仿真软件优化金属纳米砖和基底的尺寸参数，使得在工作波长下，入射线偏光沿所述金属纳米砖的短轴时，反射率最低，透射率最高；入射线偏光沿所述金属纳米砖的长轴时，反射率最高，透射率最低；

步骤2、根据光存储器件的存储容量，确定金属纳米砖转角与存储信息的对应关系；

步骤3、根据所述金属纳米砖转角与存储信息的对应关系，将需要存储的信息转化为对应的金属纳米砖的转角，加工形成基于金属超表面结构的光存储器件，实现信息存储；

步骤4、将一束沿x方向偏振的线偏光入射到已写入信息的所述光存储器件上，由位于所述光存储器件后端的探测器复现出写入信息。

8.根据权利要求7所述的基于金属超表面结构的光存储方法，其特征在于，所述步骤1中，所述工作波长为633nm，所述金属纳米砖的长度为160nm，宽度为80nm，高度为70nm，基底子单元的工作面的边长为300nm。

9.根据权利要求7所述的基于金属超表面结构的光存储方法，其特征在于，所述步骤4中，使用红光光源，经过线偏光起偏器后，得到一束633nm沿x方向偏振的线偏光。