一種基于雙曲特異材料微腔的近紅外全向吸收器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種近紅外全向吸收器，尤其是涉及一種基于雙曲特異材料微腔的近紅外全向吸收器。
【背景技術(shù)】
[0002]在近紅外波段領(lǐng)域，人們需要利用近紅外吸收器來進行化學和生物檢測，因此近紅外吸收器有廣泛的應用。其工作原理是生物分子或化學分子在近紅外波段有較強的共振吸收峰，當樣品受到頻率連續(xù)變化的紅外光照射時，分子吸收了某些頻率的輻射，從而引起吸收譜的變化，因此在生物分子光譜和化學光譜具有很多應用，如空氣污染監(jiān)測、氣體「指紋」檢測、以及分析人類呼吸疾病標記?，F(xiàn)有技術(shù)中，各種光學腔被應用到吸收器當中，其中包括法布里珀羅腔，回音壁腔等。然而，通常的近紅外吸收器是角度依賴的，不同的角度對應的吸收頻率是不同的。這使得傳統(tǒng)的生物檢測角譜范圍非常窄，大大限制了其應用范圍。
[0003]最近美國的納米快報上刊出由金屬納米圓盤的陣列和金屬基底組成的亞波長近紅外吸收器。金屬納米圓盤陣列在近紅外存在局域的表面等離激元模式，利用金屬基底與金屬納米圓盤陣列之間的法布里珀羅腔，可以增強這種等離激元效應，從而實現(xiàn)全向的完美吸收。但是這種吸收器有一個缺點就是它是三維結(jié)構(gòu)，因此加工復雜，必須精心制備，對光刻機有相當高的要求，這在日趨發(fā)展的近紅外全向吸收應用有很大的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于雙曲特異材料微腔的近紅外全向吸收器，本發(fā)明利用簡單的鍍膜技術(shù)即可實現(xiàn)近紅外全向吸收器的極化選擇。
[0005]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0006]—種基于雙曲特異材料微腔的近紅外全向吸收器，包括金屬基底，在金屬基底上設(shè)有周期層疊設(shè)置的薄硅薄膜與氧化銦錫薄膜，在最上層氧化銦錫薄膜上設(shè)有周期層疊設(shè)置的厚硅薄膜與氮化硅薄膜。
[0007]所述的薄硅薄膜與氧化銦錫薄膜共有5個周期層疊。所述的氧化銦錫薄膜是一種透明導電薄膜，在近紅外波段是一種等離激元材料，具有類金屬特性，用于與薄硅薄膜構(gòu)成等效的雙曲特異材料微腔，與布拉格反射鏡實現(xiàn)相位補償，從而實現(xiàn)無色散的法布里珀羅腔，可以激發(fā)大角度的局域微腔模式。
[0008]所述的厚硅薄膜與氮化硅薄膜共有4個周期層疊。
[0009]所述的厚硅薄膜與氮化硅薄膜周期層疊后作為布拉格反射鏡，在近紅外波段提供布拉格反射。
[0010]所述的薄硅薄膜的折射率為3.48，厚度為25納米。
[0011]所述的氧化銦錫薄膜是一種透明導電薄膜，厚度為25納米。
[0012]所述的厚硅薄膜的折射率為3.48，厚度為112納米。
[0013]所述的氮化硅薄膜的折射率為2.0，厚度為232納米。
[0014]所述的金屬基底為銀，作為吸收層使用。
[0015]本發(fā)明利用亞波長尺度的氧化銦錫薄膜和薄硅薄膜構(gòu)成等效的雙曲特異材料，并用該雙曲特異材料作為法布里珀羅腔，利用雙曲特異材料的反常波矢色散對布拉格反射鏡的正常色散進行補償，實現(xiàn)近紅外的具有極化選擇特性的全向吸收。在60°傾斜角入射條件下，吸收率仍能達到95%以上。本發(fā)明可應用于化學和生物傳感領(lǐng)域。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的效果和優(yōu)點:
[0017]1、由于本發(fā)明是一種多層膜結(jié)構(gòu)，屬于一維結(jié)構(gòu)，利用當前成熟的鍍膜技術(shù)即可實現(xiàn)，實驗制備簡單，對實驗條件要求不高。
[0018]2、由于本發(fā)明是利用雙曲特異材料的反常波矢色散對布拉格反射鏡的正常色散進行補償，可以實現(xiàn)全向吸收，而這種機制原來只能在二維甚至三維結(jié)構(gòu)中才能實現(xiàn)，在一維結(jié)構(gòu)中無法實現(xiàn)。
[0019]3、由于本發(fā)明中利用了雙曲特異材料，因此是極化選擇的。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；
[0021]圖2為本發(fā)明的近紅外全向吸收器吸收譜隨角度的變化。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0023]實施例
[0024]如圖1所示，一種基于雙曲特異材料微腔的近紅外全向吸收器，包括金屬基底1，在金屬基底I上設(shè)有周期層疊設(shè)置的薄硅薄膜2與氧化銦錫薄膜3，在最上層氧化銦錫薄膜3上設(shè)有周期層疊設(shè)置的厚硅薄膜4與氮化硅薄膜5。
[0025]其中，薄硅薄膜2與氧化銦錫薄膜3共有5個周期層疊。氧化銦錫薄膜3是一種透明導電薄膜，厚度為25納米，在近紅外波段是一種等離激元材料，具有類金屬特性，用于與薄硅薄膜2構(gòu)成等效的雙曲特異材料微腔，與布拉格反射鏡實現(xiàn)相位補償，從而實現(xiàn)無色散的法布里珀羅腔，可以激發(fā)大角度的局域微腔模式。薄硅薄膜2的折射率為3.48，厚度為25納米。厚硅薄膜4與氮化硅薄膜5共有4個周期層疊，作為布拉格反射鏡，在近紅外波段提供布拉格反射。厚硅薄膜4的折射率為3.48，厚度為112納米。氮化硅薄膜5的折射率為2.0，厚度為232納米。金屬基底I為銀，作為吸收層使用。
[0026]利用亞波長尺度的氧化銦錫薄膜和薄硅薄膜構(gòu)成等效的雙曲特異材料，并用該雙曲特異材料作為法布里珀羅腔，利用雙曲特異材料的反常波矢色散對布拉格反射鏡的正常色散進行補償，實現(xiàn)近紅外的具有極化選擇特性的全向吸收。因為雙曲特異材料只對TM極化波有響應，因此本吸收器可以實現(xiàn)極化選擇的大角度的吸收，本發(fā)明的近紅外全向吸收器吸收譜隨角度的變化如圖2所示，在60°傾斜角入射條件下，吸收率仍能達到95%以上。本發(fā)明的近紅外全向吸收器可應用于化學和生物傳感領(lǐng)域。
[0027]上述的對實施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和使用發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于上述實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于雙曲特異材料微腔的近紅外全向吸收器，其特征在于，該吸收器包括金屬基底，在金屬基底上設(shè)有周期層疊設(shè)置的薄硅薄膜與氧化銦錫薄膜，在最上層氧化銦錫薄膜上設(shè)有周期層疊設(shè)置的厚硅薄膜與氮化硅薄膜。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙曲特異材料微腔的近紅外全向吸收器，其特征在于，所述的薄硅薄膜與氧化銦錫薄膜共有5個周期層疊。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙曲特異材料微腔的近紅外全向吸收器，其特征在于，所述的厚硅薄膜與氮化硅薄膜共有4個周期層疊。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙曲特異材料微腔的近紅外全向吸收器，其特征在于，所述的厚硅薄膜與氮化硅薄膜周期層疊后作為布拉格反射鏡。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙曲特異材料微腔的近紅外全向吸收器，其特征在于，所述的薄硅薄膜的折射率為3.48，厚度為25納米。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙曲特異材料微腔的近紅外全向吸收器，其特征在于，所述的氧化銦錫薄膜是一種透明導電薄膜，厚度為25納米。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙曲特異材料微腔的近紅外全向吸收器，其特征在于，所述的厚硅薄膜的折射率為3.48，厚度為112納米。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙曲特異材料微腔的近紅外全向吸收器，其特征在于，所述的氮化硅薄膜的折射率為2.0，厚度為232納米。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙曲特異材料微腔的近紅外全向吸收器，其特征在于，所述的金屬基底為銀，作為吸收層使用。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于雙曲特異材料微腔的近紅外全向吸收器，該吸收器包括金屬基底，在金屬基底上設(shè)有周期層疊設(shè)置的薄硅薄膜與氧化銦錫薄膜，在最上層氧化銦錫薄膜上設(shè)有周期層疊設(shè)置的厚硅薄膜與氮化硅薄膜。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用亞波長尺度的氧化銦錫薄膜和薄硅薄膜構(gòu)成等效的雙曲特異材料，并用該雙曲特異材料作為法布里珀羅腔，利用雙曲特異材料的反常波矢色散對布拉格反射鏡的正常色散進行補償，實現(xiàn)近紅外的具有極化選擇特性的全向吸收，在60°傾斜角入射條件下，吸收率仍能達到95％以上。本發(fā)明可應用于化學和生物傳感領(lǐng)域。
【IPC分類】G02B5/00
【公開號】CN105549133
【申請?zhí)枴緾N201510906521
【發(fā)明人】薛春華, 張冶文, 孫勇, 陳鴻, 江海濤
【申請人】同濟大學
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月9日