專(zhuān)利名稱(chēng)：納米光學(xué)的折射光學(xué)器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般針對(duì)光學(xué)器件，并更具體地涉及納米結(jié)構(gòu)的光學(xué)器件及制造器件的方法。
背景技術(shù)：
兩個(gè)不同介質(zhì)的界面上光的折射，在成像和光束整形光學(xué)器件中形成必要的基礎(chǔ)。當(dāng)通?？醋靼l(fā)生在塊狀(bulk)介質(zhì)界面上的宏觀現(xiàn)象時(shí)，在微觀水平上，所述現(xiàn)象涉及通過(guò)原子或分子水平的散射體(再輻射體)的光衍射透射，和在產(chǎn)生的小波(wavelet)之間的后續(xù)干涉。折射和光柵衍射之間的內(nèi)在聯(lián)系是顯然的，因?yàn)閮煞N現(xiàn)象涉及衍射透射和干涉。然而，它們的不同在于涉及截然不同長(zhǎng)度的尺度。就是說(shuō)，由于散射體的原子/分子水平的間距發(fā)生折射，且由于波長(zhǎng)尺度的孔徑間距而發(fā)生光柵衍射。在具有折射率為負(fù)的人工介質(zhì)界面上的情形中，光可彎向從表面法線起始的負(fù)角。然而，負(fù)折射率超材料(metamaterial)通常涉及在子波長(zhǎng)尺度設(shè)計(jì)的共振結(jié)構(gòu)，并內(nèi)在地關(guān)聯(lián)損耗和操作的有限光譜寬度。此外，在傳統(tǒng)的光柵中透射功率大多數(shù)由0階衍射(即直接透射)承載，且其它高階(higher-order)衍射通常是次要強(qiáng)度。例如，如圖1a示出的傳統(tǒng)水平偶極子陣列10的輻射圖案12支持，0階(直接透射)作為主要光束。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供這樣的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)不支持使用負(fù)折射率超材料使入射輻射彎向任意選擇的希望的方向，即負(fù)或正折射方向。替代地，本發(fā)明提供格柵結(jié)構(gòu)，所述格柵結(jié)構(gòu)通過(guò)穿過(guò)傾斜取向納米孔徑/孔(aperture)的高階衍射透射和干涉，重定向入射福射。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明設(shè)想了形成在例如金屬薄膜上的納米孔徑陣列。每個(gè)納米孔徑可從膜表面上傾斜取向以便輻射圖案指向特定的取向，所述特定的取向隨著減小的角擴(kuò)散從襯底的法線處離開(kāi)。作為陣列，孔徑輻射使相長(zhǎng)干涉進(jìn)入特定的方向，該特定方向設(shè)計(jì)成匹配單個(gè)孔徑的輻射圖案。因此，本發(fā)明提供了新類(lèi)型的薄膜光柵結(jié)構(gòu)，用于在塊狀介質(zhì)中衍射光。根據(jù)入射光束方向，該光柵結(jié)構(gòu)使光束能夠負(fù)或正折射到遠(yuǎn)場(chǎng)(far field)而沒(méi)有傳輸損耗。對(duì)于負(fù)折射，光柵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成主要支持-1階衍射，而對(duì)于入射角的廣泛范圍，O階和其它高階光束被抑制。對(duì)于正折射來(lái)說(shuō)，當(dāng)光柵結(jié)構(gòu)抑制其它衍射分量時(shí)，其優(yōu)先利用+1階衍射光束。具有階選擇能力的該光柵衍射通過(guò)制作納米孔徑的福射圖案(radiation pattern)獲得，以便它們可以?xún)H在所選衍射階的方向上相長(zhǎng)干涉。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供的垂直偶極子陣列結(jié)構(gòu)包括(A)支持(B)膜的襯底，該膜包括多個(gè)傾斜取向的部分，其中(i )膜具有多個(gè)孔徑，(ii)至少兩個(gè)傾斜取向的部分由孔徑隔開(kāi)，(iii)傾斜取向的部分被配置成使得入射輻射重定向在負(fù)折射方向上，以及(iv)膜不是由負(fù)折射率超材料組成。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，本發(fā)明提供了制作垂直偶極子陣列結(jié)構(gòu)的方法。該發(fā)明的方法包括(A)提供襯底并(B)在其表面上形成膜，其中膜包括孔徑和傾斜取向部分的陣列，但其不是由負(fù)折射率超材料組成。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，提供的光伏器件包括電極，該電極包括形成在膜上的垂直納米孔徑陣列。電極被配置成使得入射福射彎向掠射角(glancing angle)方向而沒(méi)有通過(guò)膜的直接透射。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供的垂直偶極子陣列結(jié)構(gòu)包括(A)支持(B)膜的襯底，所述膜包括多個(gè)偏移部分。在這方面，(i )膜具有多個(gè)孔徑，(ii)至少兩個(gè)偏移部分由孔徑隔開(kāi)，(iii)偏移部分被配置成使得入射輻射重定向在負(fù)折射方向上，以及(iv)膜不是由負(fù)折射率超材料組成。在優(yōu)選實(shí)施例中，支持膜的襯底的表面包括例如如圖10中所示的臺(tái)面(mesa)圖案。在本發(fā)明的另一方面，提供的垂直偶極子陣列結(jié)構(gòu)包括(A)支持(B)膜的襯底，所述膜包括多個(gè)傾斜取向的部分，其中(i )所述膜具有多個(gè)孔徑，(ii)至少兩個(gè)所述傾斜取向的部分由孔徑隔開(kāi)，(iii)所述傾斜取向的部分被配置成使得入射輻射重定向在正或負(fù)折射方向上，以及(iv)所述膜不是由負(fù)折射率超材料組成。在本發(fā)明的另外方面，提供的光伏器件包括(A)鏡膜(miiTor film), (B)形成在鏡膜上的膜，和(C)包括形成在膜上的垂直納米孔徑陣列的電極。在這方面，電極、膜和鏡膜被配置為Fabry-Perot (法布里-拍羅)腔結(jié)構(gòu)。


圖1a示出在水平偶極子孔徑的傳統(tǒng)光柵中，通過(guò)金屬納米孔徑陣列的光的衍射透射。圖1b示出在實(shí)施例的垂直偶極子納米孔徑陣列中，通過(guò)金屬納米孔徑陣列的光的衍射透射。圖1c是實(shí)施例的垂直偶極子納米孔徑陣列的截面視圖，其疊加圖示通過(guò)其中金屬納米孔徑產(chǎn)生光衍射透射。圖ld-f是如圖1c中所示的垂直納米孔徑陣列結(jié)構(gòu)的變體的截面視圖。圖2a是在Ag層上垂直取向形成的單個(gè)垂直納米狹縫的一個(gè)實(shí)施例。偶極子孔徑垂直取向于襯底。圖2b_c是圖2a的單個(gè)垂直納米狹縫輻射圖案的時(shí)域有限差分(FDTD)模擬。圖2b是幅度圖/幅值圖，且圖2c是幅度/幅值的角分布。
圖2d是通過(guò)圖2a單個(gè)垂直納米狹縫的光學(xué)透射的實(shí)驗(yàn)性測(cè)量的光束分布。圖2e是形成在Ag層上的單個(gè)垂直納米狹縫的另一個(gè)實(shí)施例。偶極子孔徑垂直取向于襯底。圖2f_g是圖2e的單個(gè)垂直納米狹縫輻射圖案的FDTD模擬。圖2f是幅度圖，圖2g是幅度的角分布。圖2h是形成在Ag層上的相對(duì)/對(duì)比的單個(gè)納米狹縫的截面視圖。偶極子孔徑水平取向于襯底。圖2i_j是圖2h的單個(gè)垂直納米狹縫輻射圖案的FDTD模擬。圖2i是幅度圖，圖2j是幅度的角分布。圖2k示出作為光束入射角函數(shù)計(jì)算的垂直納米狹縫的透射通量(throughput)(強(qiáng)度)。在考慮或不考慮表面等離子體功率的情況下，透射的整體功率在r=l微米處計(jì)算。在垂直入射(normal incidence)處計(jì)算的透射強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為80%的透射效率。圖3a示出具有垂直偶極子孔徑的實(shí)施例的納米狹縫陣列的測(cè)量光束分布。圖3b是具有面內(nèi)水平偶極子孔徑的傳統(tǒng)納米狹縫陣列的測(cè)量光束分布。圖3c示出作為入射角函數(shù)測(cè)量的負(fù)折射角。實(shí)線對(duì)應(yīng)于基于布拉格衍射定律的計(jì)算。圖3d示出垂直納米狹縫陣列的特征，例如在圖1b中的特征用于描述或計(jì)算按照衍射光柵的布拉格定律的光束特性。圖4a示出在具有局部變化、不一致光柵周期的垂直偶極子納米孔徑處的負(fù)折射。圖4b示出負(fù)折射垂直偶極子納米孔徑陣列結(jié)構(gòu)的側(cè)鏡功能。圖4c示出傳統(tǒng)的鏡面成像。圖5a示出一個(gè)實(shí)施例的截面視圖，例如基于垂直納米孔徑陣列結(jié)構(gòu)(垂直納米狹縫陣列透鏡)的光束聚焦透鏡。每個(gè)納米孔徑輻射圖案設(shè)計(jì)成取向于共同的焦點(diǎn)。每個(gè)孔徑透射到焦點(diǎn)的相位延遲/相位差與相鄰孔徑相位延遲相差2 弧度，以便它們可以相長(zhǎng)干涉。圖5b示出垂直納米狹縫陣列透鏡的測(cè)量光束分布。圖5c示出垂直納米狹縫陣列透鏡的測(cè)量光束分布:在焦點(diǎn)處獲得210nm (FffHM)的束斑大小，用于633nm波長(zhǎng)的光。圖6a示出當(dāng)納米狹縫陣列在薄膜光伏器件中用于吸收增強(qiáng)時(shí)的截面視圖。圖6b示出橫向疊放的太陽(yáng)能面板。太陽(yáng)能輻射傾斜入射在納米孔徑電極上并在掠射角方向上傳輸通過(guò)膜。垂直納米孔徑陣列示出用于掠射角入射的光的超常透射。圖7a是垂直納米孔徑陣列(比例尺，400nm)的透視圖的SEM圖像。圖7b是水平納米孔徑陣列(比例尺，4um)頂視圖的SEM圖像。圖7c是圖7b (比例尺，500nm)的水平納米孔徑陣列的截面視圖的SEM圖像。圖8示出在傳統(tǒng)水平偶極子孔徑光柵中通過(guò)金屬納米孔徑陣列的光的衍射透射。圖9a示出用于偏振無(wú)關(guān)的2D光束整形功能的十字形2D納米孔徑。圖9b_c是用于光束聚焦功能的垂直納米孔徑的2D陣列的視圖:圖9b是頂視圖，而圖9c是側(cè)視圖。圖10a-d示出全息光刻和角度沉積(angle deposition)過(guò)程,用于在大區(qū)域的襯底構(gòu)造垂直納米孔徑陣列。所選的臺(tái)面高度和金屬厚度可在臺(tái)面結(jié)構(gòu)的一側(cè)上產(chǎn)生垂直納米孔徑。圖1la-1lb是圖2a單個(gè)垂直納米狹縫輻射圖案的FDTD模擬的其他視圖。在圖1la中，其是圖2b的幅度圖，箭頭130和垂直虛線135分別疊加在單個(gè)垂直納米狹縫，當(dāng)前的入射輻射和襯底法線上。圖1lb表示用于垂直納米狹縫(V)和水平納米狹縫(H)的輻射圖案角分布；圖例指示相對(duì)于襯底法線的入射光的角度0。圖12a_12b是本發(fā)明的納米狹縫陣列的其他實(shí)施例的截面視圖的曲線圖表示，用于在薄膜光伏器件中的吸收增強(qiáng)。箭頭指示輻照(irradiance)角度/輻照度角。圖13a_13c根據(jù)本發(fā)明示出使用的納米狹縫陣列的其他的截面視圖，用于塊狀和薄膜光伏器件中的吸收增強(qiáng)。圖14a示出在電介質(zhì)界面(空氣到硅)上光的折射透射。圖14b示出根據(jù)形成在電介質(zhì)結(jié)構(gòu)上的光柵結(jié)構(gòu)的光柵周期到入射光波長(zhǎng)的比率，一些衍射光束可獲得掠射角透射。圖15a示出假定的納米孔徑結(jié)構(gòu)和產(chǎn)生的輻射圖案。圖15b示出圖15a假定的納米孔徑結(jié)構(gòu)的陣列，和產(chǎn)生的輻射圖案。圖15c示出相位匹配條件(波長(zhǎng)矢量關(guān)系)，用于覆蓋了圖15b假定的納米孔徑陣列的電介質(zhì)表面的情形。圖16a示出垂直納米狹縫的2D陣列。對(duì)于TE偏振分量(E=Ezz)，增加了水平光柵線(Kgz:z方向)。垂直運(yùn)行的光柵線(Kgx:x方向)主要用于TM偏振。圖16b示出圖16a的2D陣列的截面視圖，并沿著x_y平面。圖16c示出圖16a的2D陣列的截面視圖，并沿著y_z平面。
具體實(shí)施例方式短語(yǔ)“垂直納米孔徑陣列”、“垂直納米狹縫陣列”、“垂直偶極子陣列”和“垂直偶極子孔徑陣列”在該說(shuō)明中可交換使用。
_0] 在電介質(zhì)界面上克服傳統(tǒng)折射透射的限制在電介質(zhì)表面上的光的折射透射服從于斯涅耳定律(Snell’ s law)，即透射角度由折射率和入射角的比率確定。對(duì)于進(jìn)入到更高折射率介質(zhì)的光束來(lái)說(shuō)，例如在空氣到硅(n約3.5)的情形中,最大透射角度限于 16度(約16度)(圖14a)。形成在電介質(zhì)表面上的光柵結(jié)構(gòu)，例如周期性排列設(shè)置的金屬絲或格柵，可產(chǎn)生衍射透射。根據(jù)光柵周期到入射光波長(zhǎng)的比率，一些衍射光束可獲得如圖14b所示的掠射角透射。然而，在傳統(tǒng)光柵中，透射功率大多數(shù)由零階衍射承載，對(duì)于高折射率對(duì)比的介質(zhì)來(lái)說(shuō)，所述零階衍射透射的最大角度有限制并很小，并且其它的高階衍射通常是次要強(qiáng)度。實(shí)現(xiàn)高通量掠射角透射的困難來(lái)自?xún)蓚€(gè)原因:首先，傳統(tǒng)光柵結(jié)構(gòu)的單個(gè)衍射元件的散射圖案不會(huì)提供很多功率到掠射角方向上，因此顯著強(qiáng)度的高階衍射光束不能在希望的方向上集聚/建立(build up)。其次，在傳統(tǒng)光柵結(jié)構(gòu)中，電介質(zhì)表面的衍射元件覆蓋率和它們的光耦合效率通常低下，因此大多數(shù)入射功率發(fā)射通過(guò)電介質(zhì)表面而沒(méi)有與光柵元件的相互作用。假定的納米孔徑結(jié)構(gòu)在圖15a中示出。納米孔徑結(jié)構(gòu)在光學(xué)厚(optically-thick)的金屬膜上形成,并具有設(shè)計(jì)成高度各向異性的福射圖案，取向入射光到掠射角方向上。因電介質(zhì)表面通過(guò)金屬遮蓋，除了納米孔徑區(qū)域，入射光的透射僅發(fā)生通過(guò)該孔徑。因此，透射特性完全由孔徑輻射圖案本身影響，其取向于傾斜的方向?，F(xiàn)在比較圖15a的結(jié)構(gòu)和如圖15b中示出形成在電介質(zhì)表面上的這類(lèi)假定的納米孔徑的陣列。圖15b中，孔徑輻射之間的干涉可導(dǎo)致不同階的衍射光束。方向落在孔徑輻射圖案角范圍內(nèi)的特定階的衍射光束可具有強(qiáng)的透射，而取向于輻射圖案外部方向的其它光束不能發(fā)展成行進(jìn)波/傳播波。圖15c示出相位匹配條件(波矢量關(guān)系)，用于覆蓋了假定納米孔徑陣列的電介質(zhì)表面的情形。該圖中，在透射一側(cè)的+1階衍射光束設(shè)計(jì)成匹配納米孔徑輻射圖案，就是說(shuō)，取向于用于傾斜入射的掠射角方向，并且零階和其它高階衍射遭抑制。這里，在高折射率介質(zhì)中的掠射角透射通過(guò)利用高定向性納米孔徑輻射圖案和它們的干涉效應(yīng)成為可能，且操作原理與在塊狀電介質(zhì)表面上的傳統(tǒng)折射原理不同。該新原理(通過(guò)垂直偶極子輻射圖案的衍射階選擇)可用于實(shí)現(xiàn)通過(guò)如下所述的納米孔徑的光的負(fù)折射。沒(méi)有負(fù)折射率超材料的負(fù)折射與通常遭受高傳輸損耗的塊狀超材料的情形相比，根據(jù)本發(fā)明用納米結(jié)構(gòu)的金屬膜實(shí)現(xiàn)的負(fù)折射可以到達(dá)遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域而沒(méi)有這類(lèi)損耗。此外，大多數(shù)超材料依賴(lài)共振現(xiàn)象，且負(fù)折射限于狹窄的光譜范圍。另一方面，本發(fā)明的垂直偶極子陣列結(jié)構(gòu)允許用于在任意波長(zhǎng)的負(fù)折射方向上的衍射。在塊狀介質(zhì)的界面上可行的光負(fù)折射使得能夠接觸角范圍，所述角范圍在傳統(tǒng)折射光學(xué)中不能獲得。因此，納米光學(xué)結(jié)構(gòu)例如本發(fā)明的垂直傾斜納米孔徑陣列結(jié)構(gòu)可用作平臺(tái)，用于各種應(yīng)用例如光束整形、成像、光刻、光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、信息處理、測(cè)試設(shè)備/儀器、計(jì)量和光伏器件。參考圖lb，發(fā)明的垂直納米孔徑陣列100被設(shè)計(jì)成僅支持一 I階光柵衍射，該光柵衍射形成負(fù)折射光束112。垂直偶極子陣列結(jié)構(gòu)可包括支持膜115的襯底(沒(méi)有示出)，膜115包括多個(gè)傾斜取向的部分120和多個(gè)孔徑125。至少兩個(gè)傾斜取向的部分120由孔徑125隔開(kāi)。傾斜取向的部分可被配置成使得該入射輻射130重定向到如由負(fù)折射光束112所示的負(fù)折射方向。與本發(fā)明一致，膜120不是由負(fù)折射率超材料組成，即使在垂直偶極子陣列結(jié)構(gòu)配置以便入射輻射重定向到負(fù)折射方向的情形中。例如，膜120可包括有格柵的并且周期性?xún)A斜、傾斜取向或傾斜的高導(dǎo)電材料的膜，即高導(dǎo)電材料的膜表示傾斜取向的納米孔徑陣列。高導(dǎo)電的材料可從Ag、Au、Al、Cu、Cr等，和/或其中的高導(dǎo)電合金，石墨烯、石墨或?qū)щ娧趸镏羞x擇。膜115可包括傾斜取向的部分120，并可由襯底135支持，如圖1c中示出。相鄰的傾斜取向部分120可由至少一個(gè)孔徑125隔開(kāi)。由至少一個(gè)孔徑125隔開(kāi)的傾斜取向的部分120，可形成由具有頂部表面的襯底支持的鋸齒形圖案，其中該表面的一部分部分形成為鋸齒形圖案。例如，每個(gè)鋸齒形圖案的鋸齒可包括垂直臺(tái)階表面127和傾斜取向的或傾斜的表面121。襯底也可包括基本上水平的部分123，所述水平的部分123支持膜115的水平部分122。在從襯底法線131起始的角0上的入射輻射130重定向在遠(yuǎn)離襯底法線的角tp上。襯底135可包括非負(fù)折射率超材料的材料。本發(fā)明前面的描述由僅是說(shuō)明性的下面例子補(bǔ)充。單個(gè)納米孔徑具有形成在Ag層上60nm寬度的單個(gè)納米孔徑或納米狹縫的三個(gè)不同結(jié)構(gòu)，在圖2a (例子1)、圖2e (例子2)和圖2h (相對(duì)例子I)中示出。圖2a中，膜115的傾斜取向部分120和水平部分122由襯底135支持，并由孔徑125隔開(kāi)。圖2e中，如由包括孔徑125’的垂直臺(tái)階表面127定義的，膜115的兩個(gè)水平部分122，其中每個(gè)由襯底135支持并彼此提升。圖2h中，膜115的兩個(gè)水平部分122，其每個(gè)由襯底135支持且彼此不提升，由孔徑125"隔開(kāi)。用于三個(gè)不同結(jié)構(gòu)的每個(gè)的輻射圖案的FDTD模擬分別在圖2b-2c、2f_g和2i_j中示出。當(dāng)圖2c、2g和2j示出幅度的角分布時(shí)，圖2b、2f和2i示出坡印廷矢量(PoyntingVector)分布(幅度圖)。對(duì)于每個(gè)模擬來(lái)說(shuō),Ag的電介質(zhì)常數(shù)在633nm處假定為一 16+il.1,且具有633nm波長(zhǎng)的TM偏振光垂直于襯底入射。模擬窗口是20umX 15um。FDTD結(jié)果使用具有IOnm格柵間距的2D的Yee網(wǎng)格和完美匹配層/完全匹配層(PML)邊界條件產(chǎn)生。對(duì)于從底側(cè)垂直入射的平面波來(lái)說(shuō)，狹縫透射示出從襯底法線傾斜取向的輻射圖案。例如，圖2c中，主瓣(main lobe)取向于具有50°半寬度角(full-width-at-half-maximum angle)的θ=140。的方向(從襯底法線 50。傾斜)。對(duì)于偶極子軸是水平的傳統(tǒng)狹縫輻射圖案來(lái)說(shuō)，所述偶極子軸平行于如圖2h中示出的膜表面，這是清楚的對(duì)比。后面的結(jié)構(gòu)示出20° -160°的輻射角(從襯底法線±70° )功率幾乎均勻的分布。當(dāng)不需要束縛于任何具體理論時(shí)，據(jù)信傾斜納米狹縫孔徑的配置作為偶極子類(lèi)線源，其在由入射波激發(fā)的情況下垂直于金屬膜振蕩。對(duì)于入射到孔徑的橫向磁(TM)偏振光來(lái)說(shuō)，金屬通過(guò)感應(yīng)表面電流響應(yīng)。感應(yīng)電流在相對(duì)/相反的角落不同地工作，就是說(shuō)，在一個(gè)角落積累電荷同時(shí)在另一個(gè)角落消耗電荷。在垂直孔徑上的該偶極子振蕩具有重輻射入射能量到遠(yuǎn)離襯底法線的傾斜方向上的效應(yīng)。在狹縫角落和邊緣上感應(yīng)的偶極子電荷量取決于孔徑幾何形狀/尺寸和相對(duì)于邊緣的入射場(chǎng)矢量的取向。與金屬表面(狹縫邊緣)相互作用的電磁波可感應(yīng)偏振表面電荷，其中表面電荷密度可表達(dá)為:
權(quán)利要求
1.一種垂直偶極子陣列結(jié)構(gòu)，其包括(A)支持(B)膜的襯底，所述膜包括多個(gè)傾斜取向的部分，其中(i )所述膜具有多個(gè)孔徑，(ii)至少兩個(gè)所述傾斜取向的部分由孔徑隔開(kāi)，(iii)所述傾斜取向的部分被配置成使得入射輻射重定向在負(fù)折射方向上，以及(iv)所述膜不是由負(fù)折射率超材料組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直偶極子陣列結(jié)構(gòu)，其中至少兩個(gè)所述傾斜取向的部分由不止一個(gè)孔徑隔開(kāi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直偶極子陣列結(jié)構(gòu)，其中所述薄膜包括高導(dǎo)電材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直偶極子陣列結(jié)構(gòu)，其中所述薄膜包括Ag、Au、Al、Cu、Cr、石墨烯、石墨或?qū)щ娧趸铩?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直偶極子陣列結(jié)構(gòu)，其中所述傾斜取向的部分彼此相對(duì)以不同的角度傾斜取向，以便發(fā)散的輸入光束透射為準(zhǔn)直的平行光束。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直偶極子陣列結(jié)構(gòu)，其中所述傾斜取向的部分以這樣的角度傾斜取向，使得入射輻射透射通過(guò)孔徑，并在焦點(diǎn)處相長(zhǎng)干涉。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直偶極子陣列結(jié)構(gòu)，其中所述孔徑由一致的光柵周期隔開(kāi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直偶極子陣列結(jié)構(gòu)，其中所述孔徑由不一致的光柵周期隔開(kāi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直偶極子陣列結(jié)構(gòu)，其中所述傾斜取向的部分被配置成主要支持入射輻射的-1階透射。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直偶極子陣列結(jié)構(gòu)，其中支持所述膜的所述襯底的表面包括鋸齒形輪廓，所述鋸齒形輪廓包括由至少一個(gè)垂直臺(tái)階表面隔開(kāi)的傾斜取向的表面。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直偶極子陣列結(jié)構(gòu)，其中支持所述膜的所述襯底的表面包括鋸齒形輪廓，所述鋸齒形輪廓包括由至少一個(gè)垂直臺(tái)階表面隔開(kāi)的傾斜取向的表面；以及其中所述傾斜取向的表面基本上互相平行。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直偶極子陣列結(jié)構(gòu)，其中所述多個(gè)孔徑定義所述薄膜的不連續(xù)面。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直偶極子陣列結(jié)構(gòu)，所述襯底不包括負(fù)折射率超材料。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直偶極子陣列結(jié)構(gòu)，其中所述傾斜取向的部分可以被調(diào)整成以不同的角度傾斜取向。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直偶極子陣列結(jié)構(gòu)，其中輻射被透射而沒(méi)有鏡面成像效應(yīng)。
16.一種垂直偶極子陣列結(jié)構(gòu)，其包括(A)支持(B)膜的襯底，所述膜包括多個(gè)傾斜取向的部分，其中(i )所述膜具有多個(gè)孔徑，(ii)至少兩個(gè)所述傾斜取向的部分由孔徑隔開(kāi)，(iii)所述傾斜取向的部分被配置成使得入射輻射透射通過(guò)所述孔徑并在焦點(diǎn)處相長(zhǎng)干涉，以及(iv)所述膜不是由負(fù)折射率超材料組成。
17.一種制作垂直偶極子陣列結(jié)構(gòu)的方法，其包括(A)提供襯底并且(B)在其表面上形成膜，其中所述膜包括孔徑和傾斜取向部分的陣列，但其不是由負(fù)折射率超材料組成。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其進(jìn)一步包括蝕刻所述襯底的頂部表面從而具有鋸齒形輪廓，所述鋸齒形輪廓包括由至少一個(gè)垂直臺(tái)階表面隔開(kāi)的傾斜取向的表面。
19.一種光伏器件，其包括電極，所述電極包括形成在膜上的垂直納米孔徑陣列，其中所述電極被配置成使得入射輻射彎向掠射角方向，而沒(méi)有通過(guò)所述膜的直接透射。
20.一種光伏器件，其包括電極，所述電極包括形成在膜上的垂直納米孔徑陣列，其中所述電極被配置成使得傾斜入射輻射直接透射通過(guò)所述納米孔徑電極，并且直接透射的輻射以掠射角傳播通過(guò)所述膜。
21.—種2D垂直納米孔徑陣列結(jié)構(gòu)，其包括(A)支持(B)膜的襯底，所述膜包括多個(gè)傾斜取向的部分，其中(i )所述膜具有多個(gè)孔徑，(ii)至少兩個(gè)所述傾斜取向的部分由孔徑隔開(kāi)，(iii)所述傾斜取向的部分被配置成使得陣列不是偏振敏感的。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的2D垂直納米孔徑陣列結(jié)構(gòu)，其中至少一個(gè)所述孔徑是十字形孔徑。
23.一種在大區(qū)域上形成垂直納米孔徑陣列的方法，其包括對(duì)由襯底支持的膜和襯底通過(guò)全息光刻圖案成形，并通過(guò)其角度沉積在所述膜上提供金屬。
24.一種垂直偶極子陣列結(jié)構(gòu)，其包括(A)支持(B)膜的襯底，所述膜包括多個(gè)偏移部分，其中(i )所述膜具有多個(gè)孔徑，(ii)至少兩個(gè)所述偏移部分由孔徑隔開(kāi)，(iii)所述偏移部分被配置成使得入射輻射重定向在負(fù)折射方向上，以及(iv)所述膜不是由負(fù)折射率超材料組成。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的垂直偶極子陣列結(jié)構(gòu)，其中支持所述膜的所述襯底的表面包括臺(tái)面圖案。
26.一種垂直偶極子陣列結(jié)構(gòu)，其包括(A)支持(B)膜的襯底，所述膜包括多個(gè)傾斜取向的部分，其中(i )所述膜具有多個(gè)孔徑，(ii)至少兩個(gè)所述傾斜取向的部分由孔徑隔開(kāi)，(iii)所述傾斜取向的部分被配置成使得入射輻射重定向在正或負(fù)折射方向上，以及(iv)所述膜不是由負(fù)折射率超材料組成。
27.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直偶極子陣列結(jié)構(gòu)，其中輻射被透射通過(guò)所述孔徑，并用比約0.5 A更小的斑點(diǎn)尺寸在用于光束聚焦功能的給定的斑點(diǎn)處相長(zhǎng)干涉。
28.一種光伏器件，其包括(A)鏡膜，(B)形成在鏡膜上的膜，和(C)包括形成在所述膜上的垂直納米孔徑陣列的電極，其中所述電極、膜和鏡膜被配置作為Fabry-perot腔結(jié)構(gòu)。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的光伏器件，其中所述電極和鏡膜被配置成使得透射的光被鏡膜反射。
30.一種2D垂直納米孔徑陣列結(jié)構(gòu)，其包括形成在膜上的至少第一 ID光柵結(jié)構(gòu)，和形成在所述膜上的至少第二 ID光柵結(jié)構(gòu)，其中所述第一和第二 ID光柵被配置成使得非偏振光耦合到所述膜中。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的2D垂直納米孔徑陣列結(jié)構(gòu)，其中所述第一ID光柵結(jié)構(gòu)和所述第二 ID光柵結(jié)構(gòu)中的每個(gè)是垂直納米孔徑陣列結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種垂直偶極子陣列結(jié)構(gòu)，其包括支持膜的襯底，該膜不是由負(fù)折射率超材料組成。該膜包括多個(gè)傾斜取向的部分和孔徑。至少兩個(gè)傾斜取向的部分由孔徑隔開(kāi)，且傾斜取向的部分被配置成使得入射輻射重定向成負(fù)或正折射方向。
文檔編號(hào)G02B27/12GK103119498SQ201180045778
公開(kāi)日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2011年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月22日
發(fā)明者H·K·金, Y-S·榮, Y·習(xí) 申請(qǐng)人:匹茲堡高等教育聯(lián)邦體系大學(xué)