本发明专利技术涉及一种可见光和红外波段空间变频透明波导，波导由两片光学左手超材料和空气劈组成；其中左手超材料采用“自下而上”的电化学沉积方法制备，在可见光和红外波段（波长为６３０ｎｍ～２６００ｎｍ）具有左手效应，空间变频透明波导通过改变楔角的大小可以实现对空间变频的调节。由波导可以测定不同频率的光波包出现在不同厚度的波导处，从而导致了光波谱的空间分离。
【技术实现步骤摘要】
一种可见光和红外波段空间变频透明波导本专利技术涉及一种可见光和红外波段空间变频透明波导，特别涉及了构成可见光和 红外波段空间变频透明波导的左手超材料。
技术介绍
左手超材料(Left-handed metamaterials, LHMs)是一种介电常数和磁导率同时 为负的人工周期性结构材料，由于在其中传播的电磁波的相速度和群速度方向相反，因而 表现出一系列反常的电磁特性，如负折射效应、反常多普勒效应及完美透镜效应等。随着大 量理论研究工作的进行，左手材料的一些新奇特性逐渐为人们所认识。新的理论研究结果 表明，当光穿过掺杂有微小的不同形状和排列方式的金属透明介质时，光的传播方式会发 生改变。“Trapped rainbow"模型从理论上证明了一种以左手超材料为芯并且沿轴向变化 的异质结构能够有效而连贯地使光波完全停顿。根据“Trapped rainbow”模型，不同频率 的光波停止在不同厚度的波导处，从而导致了光波谱的空间分离和“捕获彩虹”的形成。目前，制备可见光和红外波段左手材料主要使用的是“自上而下”的物理刻蚀技 术，但是这种方法设备昂贵、工艺复杂、制备成本高，而且制备样品的尺寸只能达到平方微 米量级，因而极大地限制了可见光和红外波段左手超材料的研究和应用。而“自下而上”的 化学电沉积方法则可以通过控制实验条件，更容易地实现纳米尺度金属结构的制备，从而 为可见光和红外光频段左手材料的研究与应用提供了一种新途径。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可见光和红外波段空间变频透明波导，空间变频透明 波导通过调节楔角改变空间变频的大小。构造可见光和红外波段空间变频透明波导中应 用了一种化学电沉积制备的左手超材料，这种左手超材料在可见光和红外波段(630nm 2600nm)具有左手效应。附图说明图1银树枝状结构的化学电沉积制备装置示意2三层银树枝样品的制备示意3沉积电压为0.4V，沉积时间为80s时制备的银树枝状结构的SEM照片； (a). 5000倍电镜照片，(b)4000倍电镜照片图4630nm 2600nm波段透射率曲线；a三层银树枝样品透过率(对应左坐标)； bITO的透过率(对应右坐标)图5聚焦测试曲线；(a)三层银树枝样品透过率；(b)三层银树枝透过率峰值的聚 焦图6可见光和红外波段空间变频透明波导组成参数及测试图7楔角3. 818毫弧度波导空间频率立体8楔角3. 818毫弧度波导空间频率平面图图9a、b、c、d、e 楔角依次为 0、2· 727,3. 091,3. 818,4. 727,9. 564 (单位毫弧度)， 波长移云力大小依次是 0nm/mm、5. 937nm/mm、7. 16nm/mm、4. 082nm/mm、l. 98nm/mm>0mm/mm图10波导楔角大小和波长移动的关系曲线具体实施例方式1.PVA溶液的配制称取15g聚乙烯醇(分析纯)置于500ml烧杯中，加入500ml超 纯水，搅拌加热至沸腾，待聚乙烯醇(PVA)全部溶解后停止加热，冷却至室温后转入500ml 容量瓶，并补加超纯水至刻度(加热溶解时有部分水分被蒸发)，即得质量分数为3%的PVA 溶液。2.电解液的制备5mL超纯水加入5ml硝酸银溶液(质量分数16. 7% )，充分混 合，然后将其转入棕色磨口试剂瓶，在避光、10°c下陈化2h，即可得到电解液。3.银树枝状结构的制备将ITO导电玻璃作为阴极；取光滑平整的银片(纯度 99.9% )清洗干净用洗耳球吹干，作为阳极；将二者组装为如附图1所示的装置，电极间 距用厚度为0. 625mm的塑片控制，用吸管在两电极之间加入电解液，控制直流沉积电压为 0. 4V 0. 6V，通电时间为80s 100s，就会在ITO导电玻璃上得到银树枝状结构，如图附图 3所示。银树枝结构的大小、密度可以通过电压和时间细微的调节，这样就可以控制银树枝 产生电磁响应的频段。4. PVA绝缘薄膜的制备采用滴涂法，以质量分数为3%的PVA超纯水溶液为涂液， 用吸管在沉积了银树枝状结构的样品表面缓慢滴涂。然后将样品平放在真空干燥箱内室温 晾干，即可得到厚度约为150nm 180nm的PVA绝缘薄膜。5.三层银树枝状结构样品的组装与测试①先采用化学电沉积方法，在ITO导电玻璃基底上制备银树枝状结构；接着，在制 备的银树枝状结构表面涂覆PVA薄膜；然后在另一片ITO导电玻璃基底上制备银树枝状结 构；最后，将表面涂覆PVA薄膜的银树枝状结构样品与银树枝状结构样品面向紧密叠合即 可得到左手超材料，如附图2所示。②试验中采用U-4100型分光光度计，测试了三层银树枝状结构左手超材料在 630nm 2600nm的透过率，如附图4a所示；附图4b是ITO导电玻璃的透过率曲线，是平滑 下降的。图中可以看出样品出现了多个透射峰，在透射峰的波长位置测试了样品的聚焦，附 图5所示。6.空间变频透明波导的组装与测试①将两片左手超材料样品搭成两端开口的楔角结构，大端口间距260 μ m,小端口 间距50 μ m，则得到一种两边为左手材料，中间部分为空气层的空间变频波导。这种波导具 有透明的特点，这样试验中探头紧靠波导的外表面可以捕获波导内部光谱信息，如图6所示 ο②探头紧靠波导的外表面从大端口开始横向移动，自动微米位移台每走200微米 记录下光谱信息，附图7所示。光谱信息的二维图和三维图可以看出光谱峰值的移动大小。本专利技术的实现过程和材料的性能由实施例和附图说明实施例一将清洁吹干的ITO玻璃、银板电极组装成反应装置，如附图1所示。在 两电极间加入电解液，在沉积电压为0. 4V 0. 6V条件下沉积80s 100s，可以在ITO玻璃表面得到银树枝状结构，其形貌如附图3所示。在其表面覆盖一层PVA绝缘膜，与另一块相 同无覆盖PVA的银树枝结构面向紧密合在一起，即得到三层结构左手超材料(ITO+Ag分形 +PVA+Ag分形+ΙΤ0)，如附图2所示。使用U — 4100型分光光度计对这种样品在630nm 2600nm进行透过率测试；当光线垂直通过ITO导电玻璃时，其透过特性如附图4. b所示，可 以看出透过率曲线是光滑下降的；当光线垂直通过样品时，在630nm 2600nm波长范围内 有多个透射峰出现，如附图4a所示。在透射峰的波长位置进行聚焦试验，聚焦结果如附图5 所示。在波峰位置645nm、708nm、788nm、的聚焦度依次是32%、22%、21.6%聚焦的位置随 着波长的增大向更远的位置移动，具体情况如附图5所示。实施例二按实施例一中的方式制备可见光红外波段左手超材料，然后将两片左 手超材料搭成两端两端开口楔角结构，大端口间距260 μ m,小端口间距50 μ m,间距垫片用 PVC片制作，并用螺旋测微仪校准，即可得到一种两边为左手材料，中间部分为空气层的空 间变频透明波导，如附图6所示。将光束从大端口平行入射到波导，以左手材料的边界为起 点，从垂直于样品表面方向上进行光学测试，探头从大端入口处开始探测，没移动200微米 记录一次数据。根据“Trapped rainbow”模型，不同频率的光波停止在不同厚度的波导处， 从而导致了光波谱的空间变频和“捕获彩虹”的形成。从附图7、附图8可以看出，波峰波长 随着探头的移动出现了本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可见光和红外波段空间变频透明波导，由两片光学左手超材料和空气劈组成，其主要特征是光学左手超材料采用化学电沉积方法制备，在可见光和红外波段（６３０ｎｍ～２６００ｎｍ）出现左手效应；空间变频透明波导通过调节楔角改变空间变频的大小。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵晓鹏，程小超，娄勇，付全红，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：87
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。