一种增强非对称传输的纳米薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及电磁波偏振态调控领域，具体涉及一种增强非对称传输的纳米薄膜及其制备方法，由多个相同的纳米单元按矩形周期阵列排布构成，纳米单元为方形体，纳米单元上设有一通孔，通孔由一矩形孔和四个相同的半圆孔组成。本发明专利技术是利用增强非对称传输的纳米薄膜设计实现高非对称传输，其信号分布在可见光波段利于信号的探测。并且，可以通过面积微调实现有效地增强非对称传输效果，成倍增强该结构的非对称传输效应，本发明专利技术的纳米薄膜在结构、制备方法上比现有的三层、两层金纳米薄膜更简单，制备更有优势，且应用范围及领域更广。

Nano thin film reinforced by asymmetric transmission and preparation method thereof

The invention relates to the field of polarization state control of electromagnetic wave, in particular to a nano-film for enhancing asymmetric transmission and a preparation method thereof. The nano-film consists of a plurality of identical nano-cells arranged in a rectangular periodic array, the nano-unit is a square, and the nano-unit is provided with a through-hole, which consists of a rectangular hole and four identical semi-circular holes. Form. The invention realizes high asymmetric transmission by using nano-film design to enhance asymmetric transmission, and the signal is distributed in visible light band to facilitate signal detection. Moreover, the asymmetric transmission effect can be effectively enhanced by adjusting the area, and the asymmetric transmission effect of the structure can be doubled. The nano-film of the present invention is simpler in structure and preparation method than the existing three-layer and two-layer gold nano-film, has more advantages in preparation, and has wider application scope and field.

【技术实现步骤摘要】
一种增强非对称传输的纳米薄膜及其制备方法
本专利技术属于电磁波偏振态调控领域，具体涉及一种增强非对称传输的纳米薄膜及其制备方法。
技术介绍
手性，是与其镜像不可重合的结构的特性。由于手性结构所具备的特性，不同偏振态的偏振光入射将产生不同的光学响应。非对称传输（AsymmetryTransmission,AT）便是其中一种对左旋偏振光和右旋偏振光具有不同转换效率的光学手性表征，也可以理解为同一种偏振光从结构正面和反面入射后的转换效率不同。这种特殊的光学特性，使得手性结构的研究在诸多领域有潜在应用，如生物监测、光学器件设计等领域。其中，非对称传输在光学器件设计中具有重要意义，可指导设计偏振和方向敏感分束器、偏振旋转器、偏振态选择等装置。手性结构及手性光学响应领域的飞速发展，更促使了实现高效非对称传输的手性结构的进一步研究，此研究具有重要的现实意义。近年来，人造手性纳米材料的光学特性被广泛研究，并在光学、传感工程、化学催化和生物监测中展现出很高的应用潜能。其中，人造手性纳米材料的非对称传输的研究工作中出现了很多新颖的现象。对于现有的技术，研究者提出了通过多层结构用来实现圆偏振光、线偏振光的非对称传输效应，这种方法虽然能够实现效应，但结构复杂，不易制备。而简单的双层结构，虽然现有技术中也有平面单层结构实现圆偏振光的非对称传输效应，但仍未达到很强的效果，并且结构的非对称传输调控效率低，调控效果不明显。
技术实现思路
本专利技术的目的是通过设计单层手性结构，通过面积的微调大幅度改变非对称传输效应，并克服三层、双层金纳米薄膜结构方法复杂不利于制备的问题。为此，本专利技术提供了一种增强非对称传输的纳米薄膜及其制备方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：一种增强非对称传输的纳米薄膜，由多个相同的纳米单元按矩形周期阵列排布构成；所述纳米单元为方形体；所述纳米单元上设有一通孔；所述通孔由一矩形孔和四个相同的半圆孔组成；所述四个半圆孔分布于矩形孔的外侧；所述每个半圆孔直径d分别与其所对应的矩形孔边重合。进一步地，所述半圆孔直径d不大于所述矩形孔的短边长度w。进一步地，所述矩形孔的长边X方向之间具有一夹角α；所述夹角α为0°～180°。进一步地，所述纳米单元由贵金属材料制成。进一步地，所述增强非对称传输的纳米薄膜的制备方法，包括以下步骤：步骤一、甩胶后烘:用甩胶机在基底上甩电子束负胶SU-8后，放置在热板上烘烤；步骤二、曝光:对所述步骤一烘烤后的基底，用图形发生器设计所述增强非对称传输的纳米薄膜的结构图形，并用电子显微镜曝光图形，得到曝光后的基底；步骤三、显定影后烘:室温条件下，将所述步骤二曝光后的基底先放入显影液中浸泡显影，再放入定影液中浸泡，最后放置在热板上烘烤；步骤四、真空镀膜:将所述步骤三烘烤后的基底放入电子束真空蒸发镀膜机中，先抽真空，再依次蒸镀钛和贵金属，最后冷却10min～20min后取出；步骤五、溶胶后吹干:先将所述步骤四镀膜后的基底置于去胶液中，直至电子束负胶SU-8完全溶解，最后进行吹干，得到平面纳米薄膜。进一步地，所述步骤一之前还包括基底清洗步骤，所述基底清洗步骤为：将基底放入洗涤液中清洗，再依次用去离子水、丙酮、酒精、去离子水超声清洗，最后吹干。进一步地，所述步骤四中蒸镀钛的厚度为8~15nm，蒸镀贵金属的厚度为70~90nm。进一步地，所述步骤一中甩电子束负胶SU-8的厚度为180~220nm。进一步地，所述基底为ITO玻璃，所述ITO玻璃的透射率大于83%。进一步地，所述吹干步骤采用的是氮气吹干或吸耳球吹干。上述的一种增强非对称传输的纳米薄膜及其制备方法，与现有技术相比，本专利技术的有益效果：本专利技术的增强非对称传输的纳米薄膜，最大可达到高达17%的平面二维结构的非对称传输效应，并且，本专利技术可以通过半圆孔而对矩形孔面积进行微小调整，利用半圆孔的突起增强平面间矩形孔的耦合，调控相邻结构间的电流分布，增强结构手性信号，实现大幅度增强AT的目的，高达约3倍的增强非对称传输效应的效果。且非对称传输信号分布在可见光波段，利于信号的探测。本专利技术的增强非对称传输的纳米薄膜在结构、制备方法上比现有的三层、双层金纳米薄膜更简单，且相对于单层对应的非对称传输效应更强，应用范围和领域更广，为光学偏振器提供了一种新的思路和方法，具有很强的推广应用价值。附图说明图1是本专利技术纳米薄膜的三维结构图；图2是本专利技术纳米单元的二维平面图；图3是本专利技术纳米薄膜的非对称透射光谱图；图4是本专利技术纳米薄膜实验组与矩形孔金纳米薄膜对照组的非对称传输曲线图；图5是本专利技术纳米薄膜在690nm波段处不同偏振光照射时激发的电场分布图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1：如图1和图2所示，的一种增强非对称传输的纳米薄膜，由多个相同的纳米单元按矩形周期阵列排布构成，纳米单元为方形体，纳米单元上设有一通孔1，通孔由一矩形孔11和四个相同的半圆孔12组成；四个半圆孔12分布于矩形孔1的外侧；每个半圆孔12直径d分别与其所对应的矩形1孔边重合。如图2所示增强非对称传输的纳米薄膜，半圆孔12直径d不大于矩形孔的短边长度w。矩形孔的长边与QUOTE方向之间具有一夹角α，夹角α为0°～180°。纳米单元由贵金属材料制成，本实施例优选为金。本专利技术为平面手性结构，可以产生非对称传输特性，相对于双层和多层结构制备工艺简单，节省人力物力，且可以达到相同的效果。实施例2：在本实施例中，若入射光为左旋圆偏振光，出射光中既有左旋圆偏振光，还有通过该薄膜转化出的右旋圆偏振光，不同出射光中转换偏振态光的效果是不同的，用透射率表示分别为与，下角标“+-”（“-+”）代表左（右）旋圆偏振光入射，右（左）旋圆偏振光出射。如图1和图2所示，基于实施例中的增强非对称传输的纳米薄膜，使用三维有限元方法（FEM）计算软件COMSOLMultiphysics进行计算模拟试验，设定结构的参数：矩形孔长边长度l=520nm，短边长度w=200nm，半圆孔半径r=60nm，矩形孔长边与x方向的夹角α=22.5°，纳米单元的厚度t=80nm，纳米单元的周期Px=Py=620nm，得到模拟结果增强非对称传输的纳米薄膜的透射谱图如图3所示，实心方格点曲线表示左旋偏振光入射对应的偏振态转化透射率，空心圆形点曲线表示右旋偏振光入射对应的偏振态转化透射率。从图3透射谱图，其中虚线所标的690nm波段位置，不同偏振光照射本实施例纳米薄膜激励出了不同的模式：当左旋偏振光入射，纳米薄膜对光偏振态转换成的右旋偏振光透射率为19%，且位于该入射光光谱透射曲线中的波峰处；当右旋偏振光入射，纳米薄膜对光偏振态转换成的左旋偏振光透射率为1.9%，且位于该入射光光谱透射曲线中的谷处。该专利技术中增强非对称传输的纳米薄膜的设计可以使得两种偏振光转换的透射率曲线峰谷对应，产生较大的AT信号。图如4为本实施例的非对称传输曲线图，增强非对称传输的纳米薄膜实验组的非对称传输用实心方格点曲线表示，矩形孔纳米薄膜对照组的非对称传输用空心圆形点曲线表示。该专利技术中增强非对称传输的纳米薄膜的设计使得左右旋偏振光转换的透射率在690nm处峰谷对应，从而激发出图4中690nm波段高效的非对称传输效应，A本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增强非对称传输的纳米薄膜，由多个相同的纳米单元按矩形周期阵列排布构成，其特征在于：所述纳米单元为方形体；所述纳米单元上设有一通孔；所述通孔由一矩形孔和四个相同的半圆孔组成；所述四个半圆孔分布于矩形孔的外侧；所述每个半圆孔直径d分别与其所对应的矩形孔边重合。

【技术特征摘要】
1.一种增强非对称传输的纳米薄膜，由多个相同的纳米单元按矩形周期阵列排布构成，其特征在于：所述纳米单元为方形体；所述纳米单元上设有一通孔；所述通孔由一矩形孔和四个相同的半圆孔组成；所述四个半圆孔分布于矩形孔的外侧；所述每个半圆孔直径d分别与其所对应的矩形孔边重合。2.如权利要求1所述的增强非对称传输的纳米薄膜，其特征在于：所述半圆孔直径d不大于所述矩形孔的短边长度w。3.如权利要求2所述的增强非对称传输的纳米薄膜，其特征在于：所述矩形孔的长边与X方向之间具有一夹角α；所述夹角α为0°～180°。4.如权利要求3所述的增强非对称传输的纳米薄膜，其特征在于：所述纳米单元由贵金属材料制成。5.如权利要求1-4任一项所述增强非对称传输的纳米薄膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、甩胶后烘:用甩胶机在基底上甩电子束负胶SU-8后，放置在热板上烘烤；步骤二、曝光:对所述步骤一烘烤后的基底，用图形发生器设计如权利要求1-4任一项所述增强非对称传输的纳米薄膜的结构图形，并用电子显微镜曝光图形，得到曝光后的基底；步骤三、显定影后烘:室温条件...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵文静，
申请(专利权)人：西安柯莱特信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61