[发明专利]近红外超宽带完美反射与隧穿透射的全介质超材料

说明书

本发明公开了近红外超宽带完美反射与隧穿透射的全介质超材料，所述超材料包括：基底层、下层四分之一波长多叠层、中间连接层、上层介质光栅；所述基底层、所述下层四分之一波长多叠层和所述中间连接层为自下而上复合形成；所述上层介质光栅呈周期性均匀分布在所述中间连接层上。所述下层四分之一波长多叠层、所述中间连接层、所述上层介质光栅构成超材料单元结构；其中，所述基底层为二氧化硅，所述下层四分之一波长多叠层由氟化镁与硅交替组成，所述中间连接层为二氧化硅，所述上层介质光栅为硅。本发明的全介质超材料具有反射率高、带宽极宽、无损耗、制备成本低等优点，在光学器件和系统中具备广泛应用的潜力。

技术领域

本发明涉及超材料技术领域，尤其涉及近红外超宽带完美反射与隧穿透射的全介质超材料。

背景技术

宽带光学反射器是一种重要的光学元件，在通信设备、激光器、光探测器、低损耗反射镜、近红外(NIR)区域的传感和成像等众多领域都有广泛的应用。目前在这些应用中，高反射率、宽波长范围和尺寸紧凑的反射器是更为需要的。传统反射器由金属薄膜组成，然而其本征损耗对反射率影响较大。另一种常见的反射器是分布式布拉格镜，其使用的介质材料损耗低，保证了反射与透射之间的相互转换。但它们通常需要很厚的介质层(通常是几十层)来获得完美的反射带，这将带来很大的加工困难。此外，由于层状材料折射率变化范围的限制，这类反射器的带宽相对较小。

近几年来，全介质超材料由于其独特的电磁特性，引起了光学界的广泛关注，并且它们能够通过具有紧凑尺寸的特定人工微观结构实现宽带完美反射。由于特定的电磁模式和低的本征损耗，相比于金属反射器，全介质超材料能够提供更高反射的可能性。迄今为止，许多学者已经提出各种不同的在近红外光区域的宽带反射全介质超材料，然而它们工作带宽仍然在相对较小的范围内，通常是几百纳米的工作波长。因此，设计更宽带宽、低损耗且成本低的全介质超材料仍然是亟待解决的难题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的部分技术问题，而提供了一种近红外超宽带完美反射与隧穿透射的全介质超材料，结构基于四分之一波长叠层设计和导模共振原理，将相邻波段的光栅反射器与四分之一波长多叠层反射器通过连接层巧妙地连接，通过对连接层厚度的调节，可获得覆盖近红外光区域的超宽带完美反射与隧穿透射的全介质超材料。

本发明实施例是这样实现的，近红外超宽带完美反射与隧穿透射的全介质超材料，所述超材料包括：

基底层、下层四分之一波长多叠层、中间连接层、上层介质光栅；

所述基底层、所述下层四分之一波长多叠层和所述中间连接层为自下而上复合形成；

所述上层介质光栅呈周期性均匀分布在所述中间连接层上。

优选的，所述下层四分之一波长多叠层、所述中间连接层、所述上层介质光栅构成超材料单元结构；其中，所述基底层为二氧化硅，所述下层四分之一波长多叠层由氟化镁与硅交替组成，所述中间连接层为二氧化硅，所述上层介质光栅为硅。

优选的，在近红外光波段范围内，所述二氧化硅的折射率为1.465，氟化镁的折射率为1.42，所述硅的折射率为3.53。

优选的，所述超材料单元结构由以下参数定义：所述基底层的厚度t1，所述下层四分之一波长多叠层，其中氟化镁的厚度t2，硅的厚度t3，所述中间连接层的厚度t4，所述上层介质光栅的亚层厚度d1，所述上层介质光栅的深度d2，所述上层介质光栅的周期p，所述上层介质光栅的占空比f。

优选的，所述基底层的厚度t1为230nm，所述下层四分之一波长多叠层，其中氟化镁的厚度t2为225.4nm，硅的厚度t3为90.65nm，所述上层介质光栅的亚层厚度d1为354nm，所述上层介质光栅的深度d2为576nm，所述上层介质光栅的周期p为858nm，所述上层介质光栅的占空比f为0.6。