一种基于方解石晶体实现波长复用的超材料及其应用制造技术

本发明专利技术属于电磁调控领域，具体涉及一种基于方解石晶体实现波长复用的超材料及其应用，可以在近红外波段实现波长复用器件应用。一种基于方解石晶体实现波长复用的超材料，超材料分为上下两层，包括底部的基底层以及覆盖在基底层上表面的超表面结构单元，超表面结构单元为呈周期间隔排列的纳米圆柱对，基底层由具有双折射特性的方解石晶体构成。本发明专利技术还涉及基于方解石晶体实现波长复用的超材料的新用途，具体为在制备波长复用器件中的应用。本发明专利技术在超材料的基础上，更换其基底层为方解石材料，结构简单，便于制造；其中，利用方解石的双折射特性实现在近红外波段上的波长复用，有助于实现器件的集成化和微型化。现器件的集成化和微型化。现器件的集成化和微型化。

【技术实现步骤摘要】
一种基于方解石晶体实现波长复用的超材料及其应用


[0001]本专利技术属于电磁调控领域，具体涉及一种基于方解石晶体实现波长复用的超材料及其应用，可以在近红外波段实现波长复用器件应用。

技术介绍

[0002]超材料，指的是一类具有超常物理性质的人造材料，具备天然材料所不具备的特性，例如负介电常数、负磁导率等等，而这样的效果是传统材料无法实现的。超材料的性质并不是由构成它的的本征材料所决定的，其奇特性质源于其精密的几何结构以及尺寸大小。其中的微结构，大小尺度小于它作用的波长，因此得以对波施加影响。
[0003]近年来，超材料技术发展迅速，在许多
取得了重大突破，其中一种引起广泛关注的现象是电磁感应透明（EIT）效应。EIT是一种特殊的电磁效应，其频谱的典型特征表现为在宽吸收光谱内表现出窄而尖锐的透射光谱。在EIT的产生过程中，总是伴随着强烈的色散效应，因此其可以应用于实现非线性效应和慢光效应及制备高灵敏度传感器。然而，由于技术条件的限制，当前对于EIT的研究主要集中于太赫兹领域，对于近红外领域的研究相对较少。近年来，研究者们设计了一些巧妙的结构来实现电磁效应的复用，然而，这些结构通常较为复杂，并且具有诸多限制。
[0004]天然碳酸钙矿物又称方解石，是理想的双折射材料，对入射光电磁场具有天然的双重调控能力。当光入射方解石晶体时，除晶轴方向外均要发生双折射分解成两束振动方向互相垂直、传播速度不同、折射率不等的偏光。由于这种天然的双折射特性，将方解石与超材料相结合将给超材料带来更多意想不到的特性。/>
技术实现思路

[0005]本专利技术是为了克服现有技术中超材料应用于近红外领域时出现低精细化、结构复杂度高的缺陷，提供了一种基于方解石晶体实现波长复用的超材料及其应用，以克服上述缺陷。
[0006]为实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种基于方解石晶体实现波长复用的超材料，其特征在于，所述超材料分为上下两层，包括底部的基底层以及覆盖在基底层上表面的超表面结构单元，所述超表面结构单元为呈周期间隔排列的纳米圆柱对，所述基底层由具有双折射特性的方解石晶体构成。
[0007]本专利技术人将具有双折射特性的方解石材料与超材料相结合，本专利技术中的超材料可分为上下两层，下层为由方解石晶体构成的基底层，上层为覆盖在基底层上的呈周期间隔排列的纳米圆柱对组成的超表面结构单元。此外，由于方解石晶体的双折射效应，当入射光沿着方解石晶体的晶轴方向入射时，该结构在特定波长处实现电磁感应透明效应。当入射光并非沿着方解石晶体的晶轴方向入射时，入射光发生双折射成为寻常光和非常光，其中寻常光对应的方解石晶体折射率称为寻常光折射率而非常光对应的方解石晶体折射率称为非常光折射率；由此可实现分别在两个不同的波长处实现电磁感应透明效应。基于上述
方解石晶体的双折射特性，超材料可利用微结构之间的耦合效应并结合具有双折射特性的方解石晶体在不同波长处实现电磁感应透明效应从而在近红外波段上达到波长复用的效果。
[0008]优选地，所述基底层的厚度为150 nm
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250 nm。
[0009]本专利技术人在测试过程中发现，改变方解石基底层的厚度对光透过率的影响表现为：随着厚度地不断增大，其光透过率将小幅减小。
[0010]优选地，所述纳米圆柱对的材料为硅。
[0011]优选地，所述纳米圆柱对包括第一纳米圆柱和第二纳米圆柱，所述第一纳米圆柱半径为170 nm
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220 nm，所述第二纳米圆柱半径为100 nm
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150 nm。
[0012]本专利技术人在测试过程中发现，改变第一纳米圆柱的半径对光透过率的影响表现为：随着半径不断增大，其光透过率将小幅变大；而改变第二纳米圆柱的半径对光透过率的影响表现为：随着半径不断增大，其光透过率基本不变，但品质因素有所下降。
[0013]优选地，所述第一纳米圆柱与第二纳米圆柱间的距离为150 nm
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200 nm。
[0014]本专利技术人在测试过程中发现，改变第一纳米圆柱与第二纳米圆柱间的距离对光透过率的影响表现为：随着距离不断增大，其光透过率基本不变，但品质因素有所提高。
[0015]优选地，所述第一纳米圆柱和第二纳米圆柱的高度相等。
[0016]优选地，所述第一纳米圆柱和第二纳米圆柱的高度为150 nm
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250 nm。
[0017]本专利技术人在测试过程中发现，改变第一纳米圆柱和第二纳米圆柱的高度对光透过率的影响表现为：随着高度不断增大，其光透过率将小幅减小。
[0018]优选地，所述超表面结构单元的周期为1400 nm
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1600 nm。
[0019]超表面结构单元的周期即单个单元结构的宽度。
[0020]上述对于结构尺寸参数的限定，其意义在于：通过调控基底层厚度、纳米圆柱的高度、第一纳米圆柱半径、第二纳米圆柱半径及超表面结构单元的周期等参数可调控超材料对寻常光和非常光的响应程度。而通过对结构尺寸的合理设计可以实现具有高品质因素的电磁感应透明效应。
[0021]本专利技术还涉及上述基于方解石晶体实现波长复用超材料在制备波长复用器件中的应用。
[0022]在波长复用器件上进行应用时，是通过加工方解石晶体得到不同的非常光折射率，实现所述超材料在不同波长处的电磁感应透明效应从而达到波长复用的效果。具体地，通过对方解石晶体的加工可以使非常光折射率在1.48
‑
1.66间进行选择，而寻常光的折射率固定不变，为1.66。由于结构间的耦合作用，寻常光和非常光能够分别实现高品质因素电磁感应透明效应，从而实现波长复用。而通过加工方解石晶体可以使非常光折射率在一定范围内连续变化，因此非常光的电磁感应透明窗口可以出现在特定波长范围内的任一位置。
[0023]涉及基于方解石晶体实现波长复用的超材料在制备近红外波段多功能电磁调控器件中的应用。
[0024]因此，本专利技术具有以下有益效果：（1）本专利技术在超材料的基础上，更换其基底层为方解石材料，结构简单，便于制造；其中，利用方解石的双折射特性实现在近红外波段上的波长复用，有助于实现器件的集成
化和微型化；（2）本专利技术将方解石与超材料相结合，为复用超材料提供了新思路，并且对于近红外波段多功能电磁调控器件的开发具有一定的技术参考价值，具有重要的现实意义；（3）本专利技术利用微结构间强烈的电磁耦合效应，产生的电磁感应透明效应具有较高的品质因素，能够用于实现更加显著的慢光效应和非线性效应。
附图说明
[0025]图1为本专利技术实施例的超表面示意图；图2为本专利技术实施例的单元结构的示意图；图3为本专利技术实施例的单元结构的俯视图；图4为本专利技术实施例的寻常光的透射率曲线谱；图5为本专利技术实施例在不同非常光折射率下的非常光透射率曲线谱；图6为本专利技术实施例在不同非常光折射率下的非常光时延谱；图7为本专利技术实施例中非常光折射率在两个端值下改变纳米圆柱对高度的透射率曲线谱；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于方解石晶体实现波长复用的超材料，其特征在于，所述超材料分为上下两层，包括底部的基底层（1）以及覆盖在基底层（1）上表面的超表面结构单元，所述超表面结构单元为呈周期间隔排列的纳米圆柱对（2），所述基底层（1）由具有双折射特性的方解石晶体构成。2.根据权利要求1所述的一种基于方解石晶体实现波长复用的超材料，其特征在于，所述基底层（1）的厚度为150 nm
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250 nm。3.根据权利要求1所述的一种基于方解石晶体实现波长复用的超材料，其特征在于，所述纳米圆柱对（2）的材料为硅。4.根据权利要求3所述的一种基于方解石晶体实现波长复用的超材料，其特征在于，所述纳米圆柱对（2）包括第一纳米圆柱（21）和第二纳米圆柱（22），所述第一纳米圆柱（21）半径为170 nm
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220 nm，所述第二纳米圆柱（22）半径为100 nm
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150 nm。5.根据权利要求3所述的一种基于方解石晶体实现波长复用的超...

【专利技术属性】
技术研发人员：高凡，高少军，金怀涛，廖跃春，王金华，鄢波，吕斌，
申请(专利权)人：浙江安联矿业有限公司，
类型：发明
国别省市：