一種采用金屬硅化物的手性超結構的制作方法

本發明涉及光學領域，尤其涉及一種手性超結構。

背景技術：

近年來，手性超結構由于其特殊的電磁性質和光學特性而得到了廣泛的關注和研究。與自然界中的手性材料相比，其反常的特殊性質，比如負折射率，強烈的圓二色性和偏振旋轉等，使其成為了電磁學和光學領域最前沿的研究課題。利用手性超結構的特殊光學性質來調制光的傳播行為使其可以廣泛應用于各種光學器件。例如圓偏振光起偏器，完美透鏡，圓偏振光檢測器等。所謂手性是指一個結構的鏡像無法與其本身相重合的一種結構特征。相比于三維的手性超結構，二維手性超結構具有構建簡單的優勢。但是起初二維的手性超結構在獲得的光學活性，圓二色性等方面無法和三維的相媲美。后來Rogacheva等人提出了雙層的二維手性超結構，其巨大的光學活性使之能和三維超結構相提并論。在這個工作的啟發下，很多二維的手性結構相繼被提出。另外，多層的二維超結構也得到了研究。最近，為了得到巨大的圓二色性和偏振旋轉性，對二維超結構的幾何參數進行了優化。結果顯示圓二色性和偏振旋轉性的最大值不能同時得到。此外，由于以前的手性超結構都采用貴金屬來構建，使它不能和現有的半導體加工集成技術相匹配，致使手性超結構的廣泛應用得到限制。

技術實現要素：

為了解決現有技術存在的不足，本發明提供了一種采用金屬硅化物構建的手性超結，通過對硅化物光學參數的優化，使該結構能同時實現巨大的圓二色性和偏振旋轉性。

本發明中的一種采用金屬硅化物的手性超結構，包括沿著光線入射方向依次設有的上硅化物層、介質層、下硅化物層和襯底層；上硅化物層、介質層和下硅化物層具有相同的平面結構，所述平面結構包括多個周期為p的單元結構,單元結構為四個中心對稱的圓環和十字相交的長方形組成，圓環的內徑為r1，圓環的外徑為r2,長方形的長為l,長方形的寬m=r2-r1；上硅化物層4和下硅化物層2厚度為t，介質層3的厚度為d。

作為優選，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。

作為優選，上硅化物層4和下硅化物層2所采用材料的兩個Drude模型參數ωp，ωτ呈現開口向下的喇叭型分布。手性超結構表現出良好的圓二色性，偏振旋轉和消光比。本發明的有益效果：以NiSi為例，左，右圓偏振光透射譜線在磁共振點附近分開，產生了約0.42的圓二色性以及0.7的橢圓率，并發生相位突變，在共振點產生了從60°到-55°的偏振旋轉。

附圖說明

圖1為一種采用金屬硅化物的手性超結構立體結構示意圖。

圖2為一種采用金屬硅化物的手性超結構結構示意圖。

圖3為一種采用金屬硅化物的手性超結構結構示意圖。

圖中標記：1、襯底層，2、下硅化物層，3、介質層，4、上硅化物層。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明，但不應將此理解為本發明的上述主題的范圍僅限于上述實施例。

如圖1-3所示，一種采用金屬硅化物的手性超結構，包括沿著光線入射方向依次設有的上硅化物層4、介質層3、下硅化物層2和襯底層1；上硅化物層4、介質層3和下硅化物層2具有相同的平面結構，所述平面結構包括多個周期為p的單元結構,單元結構為四個中心對稱的圓環和十字相交的長方形組成，圓環的內徑為r1，圓環的外徑為r2,長方形的長為l,長方形的寬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附近分開，產生了約0.42的圓二色性以及0.7的橢圓率，并發生相位突變，在共振點產生了從60°到-55°的偏振旋轉。

作為優選，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。

作為優選，上硅化物層4和下硅化物層2所采用材料的兩個Drude模型參數ωp，ωτ呈現開口向下的喇叭型分布。手性超結構表現出良好的圓二色性，偏振旋轉和消光比。

當參數如下時，為喇叭型分布：

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

ωp=3V時，ωτ范圍（0.015eV-0.03eV）

ωp=3.5eV時，ωτ范圍（0.02eV-0.05eV）

ωp=4eV時，ωτ范圍（0.035eV-0.075eV）

ωp=4.5eV時，ωτ范圍（0.045eV-0.1eV）

ωp=5eV時，ωτ范圍（0.06eV-0.14eV）

ωp=5.5eV時，ωτ范圍（0.075eV-0.17eV）

ωp=6eV時，ωτ范圍（0.085eV-0.23eV）

ωp=6.5eV時，ωτ范圍（0.1eV-0.285eV）

ωp=7eV時，ωτ范圍（0.11eV-0.345eV）

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

ωp=3.5eV時，ωτ范圍（0.025eV-0.033eV）

ωp=4eV時，ωτ范圍（0.035eV-0.053eV）

ωp=4.5eV時，ωτ范圍（0.05eV-0.075eV）

ωp=5eV時，ωτ范圍（0.076eV-0.1eV）

ωp=5.5eV時，ωτ范圍（0.09eV-0.125eV）

ωp=6eV時，ωτ范圍（0.116eV-0.155eV）

ωp=6.5eV時，ωτ范圍（0.14eV-0.185eV）

ωp=7eV時，ωτ范圍（0.185eV-0.215eV）

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

ωp=5eV時，ωτ范圍（0.07eV-0.105eV）

ωp=5.5eV時，ωτ范圍（0.09eV-0.13eV）

ωp=6eV時，ωτ范圍（0.11eV-0.16eV）

ωp=6.5eV時，ωτ范圍（0.135eV-0.185eV）

ωp=7eV時，ωτ范圍（0.15eV-0.23eV）

本發明中的Drude模型為金屬介電常數的Drude模型，為本領域的公知常識。