[发明专利]一种基于无尖角结构中局域表面等离子共振的超表面单层四分之一波片

说明书

本发明涉及一种基于无尖角结构中局域表面等离子共振的超表面单层四分之一波片，在SiO₂衬底基板上涂覆厚度为h的Ag层，成形为空心椭圆环阵列；所述空心椭圆环阵列中，椭圆环的内短半径为r₁，内长半径为R₁；椭圆环的外短半径为r₂，外长半径为R₂；所述空心椭圆环阵列的周期为p；其中，r₁=35‑45nm，r₂=110‑140nm，R₁=85‑109nm，R₂=136‑176nm，h=6‑10nm，p=290‑370nm。通过本发明，这为激发LSP共振和设计波片的新方法提供了一种有效的方法，并在液晶显示、光通信、传感器检测和成像方面拥有巨大的潜力。

技术领域

本发明涉及一种基于无尖角结构中局域表面等离子共振的超表面单层四分之一波片，属于光学技术领域。

背景技术

波片是一种重要的光学器件，用于实现相位调制和偏振转换，这是通过向彼此垂直的两个偏振分量添加不同的相位延迟来实现的。传统的波片主要由宏观体积的双折射晶体制成，而这些晶体具有调相深度和集成等困难。近年来，随着超表面结构的飞速发展，基于局部表面等离子体激元(LSP)共振的波片得到了广泛的研究并发表【1-18】。Zhao等人提出了由正交的细长纳米棒和互补的纳米缝形成的等离子超表面结构【3】。该结构在矩形孔的尖角处产生很强的LSP共振，并且通过两个矩形孔的大小调整共振强度，以控制40nm厚的银层中两个偏振分量的相位延迟。Li等人展示了一种内部具有L形孔阵列的金属/绝缘体/金属三层结构，以实现总厚度为460nm的近红外波长的光传输中的偏振转换【6】。L形孔内部的拐角处会激发强烈的LSP共振，这会导致两个极化分量的相位延迟。在1400nm的波长处，x方向的偏振入射光可以转换成y方向的偏振光其转换效率达到93％。Chen等人提出了一种在200nm厚的Ag膜中实现具有亚波长矩形环形孔阵列的超表面等离子四分之一波片的策略。入射光会在矩形环内部的尖角周围激发强烈的LSP共振，并且不同方向的偏振光激发在不同的孔当中。他们提出的四分之一波片在1550nm的波长下的透射率为46％。Chen等人【15】设计并提出了一种基于60nm厚U形银纳米斑阵列的等离子四分之一波片。根据入射光的偏振，在U形银纳米片的不同尖角附近会激发强烈的LSP共振，这会导致x偏振分量和y偏振分量之间的相位延迟不同。在1550nm的波长下实现46.3％的透射率和1.57的相位差。Li等人还提出了由单个L形天线组成的反射型半波片和由双L形天线组成的反射型四分之一波片【17】。通过激发L形天线拐角附近的强烈LSP共振，可以让不同偏振光的相位在600nm的总厚度内获得不同的延迟。在这些基于LSP的波片中，强烈的LSP共振都在尖角附近被激发，从而导致两个相互垂直的偏振分量的相位延迟不同。然而，具有尖角的纳米量级的结构在制备过程中会遇到很多问题，通常不肯能完美地制备，而是将其制成圆角，这会极大地削弱LSP共振，从而使这些波片的效率大大降低。

发明内容

本发明目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种基于无尖角结构中局域表面等离子共振的超表面单层四分之一波片。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种基于无尖角结构中局域表面等离子共振的超表面单层四分之一波片，其特征在于：在SiO₂衬底基板上涂覆厚度为h的Ag层，成形为空心椭圆环阵列；所述空心椭圆环阵列中，椭圆环的内短半径为r₁，内长半径为R₁；椭圆环的外短半径为r₂，外长半径为R₂；所述空心椭圆环阵列的周期为p；