一种滤光结构制造技术

一种滤光结构，用于可见光波段。该滤光结构由金属光栅-介质-金属膜三层结构构成，产生完美吸收的物理机制是由于激发了局域电磁共振，导致整个结构在宽波段范围内的等效阻抗与真空阻抗匹配，反射电磁被抑制，且由于金属膜的厚度较厚，电磁波也无法透射，从而形成宽带近完美吸收结构。该结构可应用在太阳能电池中捕获更多的能量，也能为无油墨印刷中实现黑色提供解决方案，改变必须使用颜料才能实现黑色印刷的传统观念。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光学滤光元件，具体涉及一种用于可见光波段的完美吸收滤光结构，可应用于光显示、光伏、太阳能电池和无油墨印刷等领域。
技术介绍
在印刷领域，传统的印刷技术是在纸张、塑料等材料表面通过不同颜色的油墨印刷出图像和色彩，是基于反射补色的原理存在的问题是易于褪色，且油墨中包括芳香烃、 重金属、苯、酮类等有害物质，在油墨的生产和印刷的过程中，对操作人员和环境的危害性很高。近几年人们尝试采用微纳结构实现无油墨印刷。现有的工作主要集中于设计微纳米结构实现品红色、青色和黄色，但是却不能实现黑色。若想实现黑色，必须实现对宽波段(波长40(T700nm范围)光的高效率吸收，且吸收特性对入射光的偏振态和入射角不敏感。在太阳能电池领域，人们采用光子晶体、金属纳米颗粒、金属光栅等增强太阳光能量的捕获。近几年，随着微纳米加工技术的发展，设计基于微纳结构的完美吸收器件成为研究热点。人们采用打孔的金属膜、光栅结构和超常材料等实现完美吸收。Marcus Diem等在 Physics Review B 79，033101，2009中采用金属光栅-介质-金属膜三层结构实现了太赫兹波段宽角度窄带近完美吸收。Hao等设计了光波段的窄带吸收器，该结构在特定波长(如 583nm)实现完美吸收。专利“一种宽波段的近完美吸收结构”(200910243544. X)中提出采用金属球粒子_介质-金属膜三层结构，通过优化粒子的直径d及分布周期p，实现了吸收带宽的扩展，实现了可见光波段范围内的宽波段近完美吸收。现有的技术存在的问题是(I)设计的结构大都工作在单一波长，其它波长处吸收效率明显下降，但是对用于隐身、热发射以及能量转换来说宽带吸收更有使用价值；(2) 对入射光的偏振态敏感，且在宽角度入射角变化范围吸收特性退化严重；(3)当前的完美吸收器主要针对微波段和太赫兹波段，主要应用在探测中，限制了在其它领域的应用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于针对可见光波段，设计出一种完美吸收滤光结构， 宽带宽(约20(T300nm)，在宽入射角度变化范围吸收特性大于95%，且对入射光的偏振态不敏感，可用于无油墨印刷中产生黑色。该结构由金属光栅_介质-金属膜三层结构构成，产生完美吸收的物理机制是由于激发了局域电磁共振，导致整个结构在宽波段范围内的等效阻抗与真空阻抗匹配，反射电磁被抑制，且由于金属膜的厚度较厚，电磁波也无法透射，从而形成宽带近完美吸收结构。该结构可应用在太阳能电池中捕获更多的能量，也能为无油墨印刷中实现黑色提供解决方案，改变必须使用颜料才能实现黑色印刷的传统观念。根据本专利技术的目的提出的一种滤光结构，包括基底，位于基底上的金属层，位于金属层上的介质层以及位于介质层上的金属光栅层，所述金属层厚度大于O. 02um，所述介质层厚度在O. 03um至O. 07um之间,所述金属光栅层为二维光栅结构,该金属光栅层的厚度在O. Olnm-O. 05um之间、周期小于O. 35um、占空比在O. 3至O. 7之间。优选的，所述基底为透明柔性材料。优选的，所述金属层的材质为铝、银或铜。优选的，所述金属光栅层的材质为镍。优选的，所述金属层的厚度大于O. 04um。优选的,所述介质层的厚度为O. 05um,该介质层为透明柔性材料。优选的，所述金属光栅层的厚度为O. 03um。优选的，所述金属光栅层的周期小于O. 2um,占空比为O. 5。优选的，还可包括覆盖层，覆盖在金属光栅层的表面。优选的，所述覆盖层的材质为透明柔性材料。由于上述技术方案的运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点I.本专利技术的滤光结构，用于可见光波段。2.本专利技术的滤光结构，在宽波段(约200nm 300nm)范围吸收效率几乎达到 100%。3.本专利技术的完美吸收滤光结构，在宽入射角度变化范围吸收特性好，光垂直入射时，所述结构在可见光波段的吸收效率几乎达到100%，光在(Γ45度范围内变化时吸收效率仍大于90%。4.本专利技术的完美吸收滤光结构，对入射光的偏振态不敏感。5.本专利技术的完美吸收滤光结构，具有柔性特征，可弯曲。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I为本专利技术设计的吸收滤光结构示意图。图2为本专利技术实施例一中滤光结构的TM光的吸收光谱与入射角度、入射波长的关系图。图3为本专利技术实施例一中光结构的TE光的吸收光谱与入射角度、入射波长的关系图。图4为本专利技术实施例二中滤光结构的TM光的吸收光谱与入射波长、周期的关系图。图5为本专利技术实施例三中滤光结构的TM光的吸收光谱与入射波长、占宽比的关系图。图6为本专利技术实施例四中滤光结构的TM光的吸收光谱与入射波长、金属光栅层的厚度的关系图。图7为本专利技术实施例五中滤光结构的TM光的吸收光谱与入射波长、介质层的厚度的关系图。图8为本专利技术实施例六中滤光结构的TM光的吸收光谱与入射波长、金属层的厚度的关系图。图9为本专利技术实施例七中滤光结构的TM光的吸收光谱与入射波长的关系图。图10为本专利技术实施例七中滤光结构的TE光的吸收光谱与入射波长的关系图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步描述。参见图1，为本专利技术设计的完美吸收滤光结构的示意图，包括基底11、金属层12、 介质层13、金属光栅层14和覆盖层15。基底11的材质为透明柔性材料，比如PET或者 PC。金属层12位于基底11上，其材质比如是铝、银或铜，该金属层12起到反射镜的作用， 为了保证光的反射效率，该金属层12的厚度hi大于可见波段的光在该金属材质上的趋肤深度，在一种实施方案中，将该金属层12的厚度hi大于O. 02um,进一步优选的实施方案中， 该金属层12的厚度hi为O. 04um。介质层13位于金属层12上，其材质同样为透明柔性材质，比如PMMA，该介质层13的厚度h2为O. 03um至O. 07um,较优地，该介质层厚度h2为 O. 05um。金属光栅层14位于介质层13上,该金属光栅层14为二维光栅结构,其厚度h3在O.Olum-O. 05um之间、周期P小于O. 35um、占空比F在O. 3至O. 7之间。在一种较优地方案中，该金属光栅层14的厚度h3为O. 03um,周期p小于O. 2um,占空比F为O. 5。覆盖层15 位于金属光栅层14之上，其材质为透明柔性材料。需要指出的是，覆盖层15在本专利技术中并不是必须的，但是在增加覆盖层15后，不仅起到保护的作用，其厚度也会对吸收效率产生影响。下面，将通过几个具体实施方式对本专利技术的技术方案做详细说明，应当理解的是， 所述的几个具体实施方式仅是例举了适于本专利技术的部分情况，本领域技术人员根据本专利技术对技术方案的描述，可以拓展到更多的具体应用中。实施例一基底11为柔性材料PET或者PC，金属层12为镍，介质层13为PMMA，金属光栅层 14为镍，没有覆盖层。金属光栅层14的周期P = O. 2um,占空比F = O. 5，金属层12的厚度 hl=0. 08um,介质层13的厚度h2=0. 05um,金属光栅层14的厚度h3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种滤光结构，作用于可见光波段，其特征在于包括：基底，位于基底上的金属层，位于金属层上的介质层以及位于介质层上的金属光栅层，所述金属层厚度大于0.02um，所述介质层厚度在0.03um至0.07um之间，所述金属光栅层为二维光栅结构，该金属光栅层的厚度在0.01um？0.05um之间、周期小于0.35um、占空比在0.3至0.7之间。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周云，陈林森，叶燕，申溯，
申请(专利权)人：苏州大学，苏州苏大维格光电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：