[发明专利]基于二氧化钒可调的强圆二色性手性超表面器件

说明书

本发明提供的是一种基于二氧化钒可调的强圆二色性手性超表面器件。其特征是：它由金基底(1)、二氧化硅介质层(2)、二氧化钒层(3)、二氧化硅介质层(4)、金裂环谐振器(5)、金三圆弧谐振器(6)组成。由于顶层金属结构与介质层之间发生的相互作用而产生了很强的圆二色性，并且可以通过改变二氧化钒温度来使其电导率发生变化，达到实现圆二色性波峰高度可调节。本发明具有圆二色性效果好，峰值可达0.91，峰值高低和左右可调，圆二色性可逆，且对入射角和极化角不敏感等优点，可用于光学检测和医疗检测等领域，具有十分广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及的是一种基于二氧化钒可调的强圆二色性手性超表面器件，可用于光学检测和医疗检测等领域，属于太赫兹超表面吸波领域。

背景技术

自超材料的概念提出以来，因其独特的电磁特性，被各领域科学家广泛研究。但因为超材料结构复杂，作为其替代的超表面越来越受到重视。在近年来的众多研究中，超表面在控制电磁波的幅度、相位、偏振态等方面取得了卓越的进展，超表面众多功能如偏振转换，吸收电磁波，圆二色性等更是发展迅速。其中圆二色性因其对左右旋圆偏振光的吸收差异而被大量研究。但是至今人们所提出的大部分的手性超表面都具有复杂的单元结构，且在应用时效率低下，或者功能单一，不可调节。因此，在设计新的手性超表面器件时应综合考虑用材、工艺、效率以及功能等多方面因素。二氧化钒作为一种热门的相变材料，其电导率可以受到温度的控制，从而实现绝缘态和金属态之间的相互切换，在太赫兹波段有非常好的应用。

本发明提出了一种新的手性超表面结构，顶层具有高度差的裂环谐振器和三圆弧谐振器会对入射的圆偏振光产生强烈反应，形成很高的圆二色性。结构加入了二氧化钒，利用其电导率可调的特性，实现了圆二色性波峰高低的可调性。改变结构整体尺寸，还可以使圆二色性波峰在强度不变情况下发生红移和蓝移，可以根据实际需要灵活调整。

发明内容

本发明设计了一种基于二氧化钒可调的强圆二色性手性超表面器件，提供了一种强圆二色性，且圆二色性波峰可以高低左右灵活调节，该结构的镜像结构还可以实现与原结构相反的圆二色性。本结构的圆二色性在5.483THz处最高可以达到0.91。

本发明的目的是这样实现的：

该手性超表面圆二色性器件由多层结构组成，其主要结构包括金基底(1)、二氧化硅介质层(2)、二氧化钒层(3)、二氧化硅介质层(4)、金裂环谐振器(5)、金三圆弧谐振器(6)，顶层金裂环谐振器和金三圆弧谐振器具有高度差，以实现对圆偏振光的强烈响应。

作为优选，手性超表面圆二色性器件周期P＝9150nm。

作为优选，金基底厚度为h1＝200nm，下层二氧化硅与上层二氧化硅的厚度均为h2＝2900nm，中间二氧化钒层的厚度为h3＝100nm。

作为优选，外圈金裂环谐振器的厚度h4＝100nm，相对于y轴正半轴的偏转角度θ1＝51°；内圈金三圆弧谐振器的厚度h5＝13nm，相对于y轴正半轴的偏转角度θ2＝12°。

作为优选，金裂环谐振器外环半径R1＝4500nm，内环半径R2＝4300nm，开口宽度L1＝1100nm；金三圆弧谐振器是由开口宽度为L2＝2200nm的双开口金圆环以及一段独立圆环拼接而成的，其中双开口圆环的外环半径R3＝3600nm，内环半径R4＝3000nm，独立圆环则是外环半径R5与内环半径R6分别为8500nm与7900nm的圆环的一部分。

作为优选，介质层使用介电常数为2.25的二氧化硅材料，中间的二氧化钒则是用Drude模型定义，其电导率在200S/m到200000S/m之间可调。

附图说明

图1是基于二氧化钒可调的强圆二色性手性超表面器件三维结构示意图。

图2是基于二氧化钒可调的强圆二色性手性超表面器件的俯视图。