[发明专利]基于仿生学的圆偏振检测集成器件及其制作方法

说明书

本发明提供一种基于仿生学的圆偏振检测集成器件及其制作方法，其中器件包括自下而上依次层叠的一透光基底、一金属光栅、一透光介质层和一超表面阵列；所述超表面阵列包括阵列排布的多个单元晶胞，每一所述单元晶胞包括一第一菱形结构、一第二菱形结构和一第三菱形结构；所述第一菱形结构、所述第二菱形结构和所述第三菱形结构的一对角线在同一直线上，且所述第一菱形结构和所述第三菱形结构部分堆叠重合在所述第二菱形结构内。本发明的一种基于仿生学的圆偏振检测集成器件及其制作方法，使器件在近红外波段较宽范围内都具有较高的透射率和高的消光比。

技术领域

本发明涉及偏振检测技术领域，尤其涉及一种基于仿生学的圆偏振检测集成器件及其制作方法。

背景技术

偏振检测技术是一种获取目标信息，进行目标识别的新型检测技术。当光波从介质表面透射时，其偏振态可能发生变化。不同的物体或者同种物体的不同状态都可能产生不同的偏振状态，利用偏振信息，可以有效提高识别和检测的准确度。因此，被广泛的应用到各个领域。例如：在生物医学方面，分析光波的偏振特性可以帮助获得生物组织的一些信息，用于病理诊断；在水下探测方面，将散射光的偏振特性与成像结合，可以实现水下场景的清晰复原；在遥感探测方面，以目标辐射能量的偏振特征作为探测信息，提取目标的信息，能够更好地识别目标物体。由此可见，偏振检测技术具有重要的研究意义。

尤其是圆偏振光，其光矢量的大小不变，而振动方向随相位改变；携带着大量的矢量信息，对偏振检测具有重要辅助作用。近年来，圆偏振光因在有机发光二极管、3D显示、信息存储与处理、自旋信息通信、生物检测及探针等领域具有巨大应用前景而得到广泛关注。目前，国内外已有众多研究者基于圆偏振光的特殊优势，开展相关研究。现有对于圆偏振光的检测，主要通过人工三维结构、二维材料以及单层超表面结构来实现，在材料选择上多使用金属，会导致严重的欧姆损耗，而且手性较弱，对于圆偏振的检测效率不佳。其中，透射率和消光比是衡量圆偏振检测器件检测能力的关键性因素。因此，设计具有高效率的圆偏振检测器件结构具有重要的意义和使用价值。

在自然界中，脚足动物具有卓越的视觉系统，能够直接识别光波的偏振状态。受其独特视觉的启发，将其识别圆偏振光的基础原理与单层超表面阵列相结合。在此方案中，找到了提高透射率和消光比的新思路，有效解决了现有圆偏振光检测效率不高的问题，为圆偏振光的检测与识别提供了新的方法。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种基于仿生学的圆偏振检测集成器件及其制作方法，使器件在近红外波段较宽范围内都具有较高的透射率和高的消光比。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于仿生学的圆偏振检测集成器件，包括自下而上依次层叠的一透光基底、一金属光栅、一透光介质层和一超表面阵列；所述超表面阵列包括阵列排布的多个单元晶胞，每一所述单元晶胞包括一第一菱形结构、一第二菱形结构和一第三菱形结构；所述第一菱形结构、所述第二菱形结构和所述第三菱形结构的一对角线在同一直线上，且所述第一菱形结构和所述第三菱形结构部分堆叠重合在所述第二菱形结构内。

优选地，所述透光基底的材质为熔融石英。

优选地，所述金属光栅的材质为铝。

优选地，所述超表面阵列的材质为硅。

优选地，所述金属光栅的周期为300nm，占空比为0.6，高度为200nm。

优选地，所述透光介质层的厚度为200nm，材质为二氧化硅。

优选地，所述超表面阵列的周期为300nm，高度为430nm。

优选地，所述单元晶胞的所述第一菱形结构和所述第三菱形结构的对角线长度为80nm；所述第二菱形结构的对角线长度为160nm；所述第一菱形结构、所述第二菱形结构和所述第三菱形结构在同一直线上的一所述对角线与所述透光基底上表面的边呈45度夹角。