本發(fā)明涉及光學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種手性超結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，手性超結(jié)構(gòu)由于其特殊的電磁性質(zhì)和光學(xué)特性而得到了廣泛的關(guān)注和研究。與自然界中的手性材料相比，其反常的特殊性質(zhì)，比如負(fù)折射率，強(qiáng)烈的圓二色性和偏振旋轉(zhuǎn)等，使其成為了電磁學(xué)和光學(xué)領(lǐng)域最前沿的研究課題。利用手性超結(jié)構(gòu)的特殊光學(xué)性質(zhì)來(lái)調(diào)制光的傳播行為使其可以廣泛應(yīng)用于各種光學(xué)器件。例如圓偏振光起偏器，完美透鏡，圓偏振光檢測(cè)器等。所謂手性是指一個(gè)結(jié)構(gòu)的鏡像無(wú)法與其本身相重合的一種結(jié)構(gòu)特征。相比于三維的手性超結(jié)構(gòu)，二維手性超結(jié)構(gòu)具有構(gòu)建簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)。但是起初二維的手性超結(jié)構(gòu)在獲得的光學(xué)活性，圓二色性等方面無(wú)法和三維的相媲美。后來(lái)Rogacheva等人提出了雙層的二維手性超結(jié)構(gòu)，其巨大的光學(xué)活性使之能和三維超結(jié)構(gòu)相提并論。在這個(gè)工作的啟發(fā)下，很多二維的手性結(jié)構(gòu)相繼被提出。另外，多層的二維超結(jié)構(gòu)也得到了研究。最近，為了得到巨大的圓二色性和偏振旋轉(zhuǎn)性，對(duì)二維超結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。結(jié)果顯示圓二色性和偏振旋轉(zhuǎn)性的最大值不能同時(shí)得到。此外，由于以前的手性超結(jié)構(gòu)都采用貴金屬來(lái)構(gòu)建，使它不能和現(xiàn)有的半導(dǎo)體加工集成技術(shù)相匹配，致使手性超結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用得到限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種采用金屬硅化物構(gòu)建的手性超結(jié)，通過(guò)對(duì)硅化物光學(xué)參數(shù)的優(yōu)化，使該結(jié)構(gòu)能同時(shí)實(shí)現(xiàn)巨大的圓二色性和偏振旋轉(zhuǎn)性。

本發(fā)明中的一種采用金屬硅化物的手性超結(jié)構(gòu)，包括沿著光線入射方向依次設(shè)有的上硅化物層、介質(zhì)層、下硅化物層和襯底層；上硅化物層、介質(zhì)層和下硅化物層具有相同的平面結(jié)構(gòu)，所述平面結(jié)構(gòu)包括多個(gè)周期為p的單元結(jié)構(gòu),單元結(jié)構(gòu)為四個(gè)中心對(duì)稱的圓環(huán)和十字相交的長(zhǎng)方形組成，圓環(huán)的內(nèi)徑為r1，圓環(huán)的外徑為r2,長(zhǎng)方形的長(zhǎng)為l,長(zhǎng)方形的寬m=r2-r1；上硅化物層4和下硅化物層2厚度為t，介質(zhì)層3的厚度為d。

作為優(yōu)選，t的范圍為80~120nm，d=0.6t,r的范圍為80~120nm，r2=2.0*r1，l的范圍為240~340nm,p=l2+2.0*r2+70nm。

作為優(yōu)選，上硅化物層4和下硅化物層2所采用材料的兩個(gè)Drude模型參數(shù)ωp，ωτ呈現(xiàn)開(kāi)口向下的喇叭型分布。手性超結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出良好的圓二色性，偏振旋轉(zhuǎn)和消光比。本發(fā)明的有益效果：以NiSi為例，左，右圓偏振光透射譜線在磁共振點(diǎn)附近分開(kāi)，產(chǎn)生了約0.42的圓二色性以及0.7的橢圓率，并發(fā)生相位突變，在共振點(diǎn)產(chǎn)生了從60°到-55°的偏振旋轉(zhuǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為一種采用金屬硅化物的手性超結(jié)構(gòu)立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為一種采用金屬硅化物的手性超結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為一種采用金屬硅化物的手性超結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中標(biāo)記：1、襯底層，2、下硅化物層，3、介質(zhì)層，4、上硅化物層。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明的上述主題的范圍僅限于上述實(shí)施例。

如圖1-3所示，一種采用金屬硅化物的手性超結(jié)構(gòu)，包括沿著光線入射方向依次設(shè)有的上硅化物層4、介質(zhì)層3、下硅化物層2和襯底層1；上硅化物層4、介質(zhì)層3和下硅化物層2具有相同的平面結(jié)構(gòu)，所述平面結(jié)構(gòu)包括多個(gè)周期為p的單元結(jié)構(gòu),單元結(jié)構(gòu)為四個(gè)中心對(duì)稱的圓環(huán)和十字相交的長(zhǎng)方形組成，圓環(huán)的內(nèi)徑為r1，圓環(huán)的外徑為r2,長(zhǎng)方形的長(zhǎng)為l,長(zhǎng)方形的寬m=r2-r1；上硅化物層4和下硅化物層2厚度為t，介質(zhì)層3的厚度為d。以NiSi為例，左，右圓偏振光透射譜線在磁共振點(diǎn)附近分開(kāi)，產(chǎn)生了約0.42的圓二色性以及0.7的橢圓率，并發(fā)生相位突變，在共振點(diǎn)產(chǎn)生了從60°到-55°的偏振旋轉(zhuǎn)。

作為優(yōu)選，t的范圍為80~120nm，d=0.6t,r的范圍為80~120nm，r2=2.0*r1，l的范圍為240~340nm,p=l2+2.0*r2+70nm。

作為優(yōu)選，上硅化物層4和下硅化物層2所采用材料的兩個(gè)Drude模型參數(shù)ωp，ωτ呈現(xiàn)開(kāi)口向下的喇叭型分布。手性超結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出良好的圓二色性，偏振旋轉(zhuǎn)和消光比。

當(dāng)參數(shù)如下時(shí)，為喇叭型分布：

圓二色性（>0.4）: ωp=2.5eV時(shí)，ωτ范圍（0.01eV-0.02eV）

ωp=3V時(shí)，ωτ范圍（0.015eV-0.03eV）

ωp=3.5eV時(shí)，ωτ范圍（0.02eV-0.05eV）

ωp=4eV時(shí)，ωτ范圍（0.035eV-0.075eV）

ωp=4.5eV時(shí)，ωτ范圍（0.045eV-0.1eV）

ωp=5eV時(shí)，ωτ范圍（0.06eV-0.14eV）

ωp=5.5eV時(shí)，ωτ范圍（0.075eV-0.17eV）

ωp=6eV時(shí)，ωτ范圍（0.085eV-0.23eV）

ωp=6.5eV時(shí)，ωτ范圍（0.1eV-0.285eV）

ωp=7eV時(shí)，ωτ范圍（0.11eV-0.345eV）

偏振旋轉(zhuǎn)角（>60°）：ωp=3eV時(shí)，ωτ范圍（0.013eV-0.017eV）

ωp=3.5eV時(shí)，ωτ范圍（0.025eV-0.033eV）

ωp=4eV時(shí)，ωτ范圍（0.035eV-0.053eV）

ωp=4.5eV時(shí)，ωτ范圍（0.05eV-0.075eV）

ωp=5eV時(shí)，ωτ范圍（0.076eV-0.1eV）

ωp=5.5eV時(shí)，ωτ范圍（0.09eV-0.125eV）

ωp=6eV時(shí)，ωτ范圍（0.116eV-0.155eV）

ωp=6.5eV時(shí)，ωτ范圍（0.14eV-0.185eV）

ωp=7eV時(shí)，ωτ范圍（0.185eV-0.215eV）

消光比（>100）：ωp=4.5eV時(shí)，ωτ范圍（0.06eV-0.07eV）

ωp=5eV時(shí)，ωτ范圍（0.07eV-0.105eV）

ωp=5.5eV時(shí)，ωτ范圍（0.09eV-0.13eV）

ωp=6eV時(shí)，ωτ范圍（0.11eV-0.16eV）

ωp=6.5eV時(shí)，ωτ范圍（0.135eV-0.185eV）

ωp=7eV時(shí)，ωτ范圍（0.15eV-0.23eV）

本發(fā)明中的Drude模型為金屬介電常數(shù)的Drude模型，為本領(lǐng)域的公知常識(shí)。