本发明属于光学特性调控技术领域，具体涉及一种非对称传输可调的双层孔微纳结构及其制备方法。
背景技术
非对称传输(asymmetrictransmission，at)指，具有不同偏振态的电磁波入射结构后表现出不同传输性能的效应，其中，传输性能主要研究的为透射、吸收、反射等。在生物分子领域，手性分子一般都比较弱，而人造微纳金属结构可大大提高其手性，at值作为手性分子的探测信号就显得尤为重要，所以我们在设计这种非对称传输的结构时，需要达到很强的非对称传输效应，即大的at值和尽可能多的at信号。因此，对不同类型非对称传输器件的设计与实现的研究，具有很重要的现实意义。
目前大多双层结构主要是通过改变结构本身的几何参数来达到调节非对称传输特性的目的，需要重新设计和制备结构本身，调节成本高，这对非对称传输的进一步研究和应用是极大的限制。
技术实现要素：
为了解决现有技术中存在的双层结构at信号调节不方便，调节成本高的问题，本申请实施例提供了一种非对称传输可调的双层孔微纳结构及其制备方法，本申请实施例微纳结构结构简单，制备简单，调节方便，通过采用了第一纳米薄膜层和第二纳米薄膜层上设置触点连接外电路，形成可变电场，通过改变电场的强度和方向调节调控层折射率，从而达到调节该结构非对称传输特性的技术手段，达到了简化和方便调节非对称传输特性的技术效果。
本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
一种非对称传输可调的双层孔微纳结构，包括微纳结构本体和基底层，所述微纳结构本体由第一纳米薄膜层、第一介质层、调控层、第二介质层和第二纳米薄膜层由上及下依次连接构成；所述第二纳米薄膜层与所述基底层连接；所述调控层由tco薄膜制成；所述第一纳米薄膜层与第二纳米薄膜层均由多个相同的纳米单元按照周期阵列连接构成，每个纳米单元中分别设有一各向异性的孔，并且孔的方向与周期的方向夹角α不等于0°、45°、90°；所述第一纳米薄膜层与第二纳米薄膜层由贵金属制成；所述第一纳米薄膜层与第二纳米薄膜层分别设有触点连接外电路，通过调节外电路的电压，改变调控层中tco的折射率，从而改变所述纳米结构的非对称传输特性。
进一步地，所述第一纳米薄膜层和第二纳米薄膜层完全相同，均由多个结构相同的纳米单元按矩形周期阵列连接而成。
进一步地，所述各向异性的孔为矩形孔、椭圆形孔、l形孔、有分裂的矩形孔构成的各向异性结构。
进一步地，所述矩形周期阵列还可以为方形周期阵列。
进一步地，所述各向异性的孔的方向与周期夹角α为22.5°。
进一步地，所述tco为ito或fto。
进一步地，所述非对称传输可调的双层孔微纳结构的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，设计图形：用图形发生器设计所述双层孔微纳结构图形；
步骤2，准备基底：准备ito玻璃基底并清洗吹干；
步骤3，镀镍：将步骤2吹干的基底放入电子束真空蒸发镀膜机中利用电子束蒸发法蒸镀金属镍，形成镍层；
步骤4，蒸镀：在步骤3形成的镍层上继续利用电子束蒸发法由下及上依次蒸镀金、二氧化硅、tco、二氧化硅和金，形成第二纳米薄膜层、第二介质层、调控层、第一介质层和第一纳米薄膜层；
步骤5，轰击：调控离子束轰击形状为步骤1所述的各向异性的孔形状，利用fib技术，得到所述双层孔微纳结构；
步骤6，焊接电路：在步骤5得到的双层孔微纳结构中，通过纳米焊接在所述第一纳米薄膜层和第二纳米薄膜层上分别设置触点连接外电路。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)本申请实施例微纳结构本体由第一纳米薄膜层、第一介质层、调控层、第二介质层和第二纳米薄膜层组成，通过采用了第一纳米薄膜层和第二纳米薄膜层上的触点连接外电路，增加tco制备的调控层的技术手段，在接通电路后，第一纳米薄膜层和第二纳米薄膜层形成一个微型电容，通过外电路电压不断调节两电容极板之间的电场方向和强度，电容板之间的调控层内部载流子浓度不断发生变化，导致调控层的介电常数改变，即折射率的改变，本申请实施例微纳结构的透光率改变，引起非对称传输特性的改变，最终达到可控式调节纳米结构非对称传输的目的。
本申请实施例微纳结构外电路可以通过外电路可调电压实现第一纳米薄膜层和第二纳米薄膜层之间的电场连续的、有规律的变化，从而使得调控层的折射率连续且有规律的变化，使得本申请实施例纳米结构的非对称传输实现可控式调节。
(2)本申请实施例微纳结构制备方法简单方便，只需在蒸发腔内连续蒸镀多种材料，不需要在制备过程中将样品拿出蒸发腔，样品不容易受到污染或外界环境的影响。
(3)本申请实施例微纳结构制备方法中，应用fib刻蚀制备各向异性孔，避免传统制备方法中需要多次甩胶和精确校准工序，可以保证上下两层之间的孔完全对齐，减少实验误差对非对称传输特性的影响，从而提高非对称传输信号。
附图说明
图1是本申请实施例微纳结构结构示意图；
图2是本申请实施例微纳结构纳米单元的结构示意图；
图3是本申请实施例微纳结构调控非对称传输信号的原理图。
其中，图1中：1、微纳结构本体；11、第一纳米薄膜层；12、第一介质层；13、调控层；131、第一触点；132第二触点；14、第二介质层；15、第二纳米薄膜层；2、基底层。
具体实施方式
本申请实施例提供了一种非对称传输可调的双层孔微纳结构及其制备方法，本申请实施例微纳结构结构简单，制备简单方便，通过采用了第一纳米薄膜层和第二纳米薄膜层上的触点连接外电路，增加tco制备的调控层的技术手段，在接通电路后，第一纳米薄膜层和第二纳米薄膜层之间形成一个微型电容，通过外加电压不断调节两电容极板之间的电场方向和强度，电容板之间的调控层内部载流子浓度不断发生变化，导致调控层的介电常数改变，即折射率的改变，本申请实施例微纳结构的透光率改变，引起非对称传输特性的改变，最终达到可控式的调节纳米结构非对称传输的目的。
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
如图1为本申请实施例一种非对称传输可调的双层孔微纳结构，包括微纳结构本体1和基底层2，微纳结构本体1由第一纳米薄膜层11、第一介质层12、调控层13、第二介质层14和第二纳米薄膜层15由上及下依次连接构成，第二纳米薄膜层15与基底层2连接，调控层13由tco薄膜制成，第一纳米薄膜层11与第二纳米薄膜层15均由多个相同的纳米单元按照周期阵列连接构成。
如图1和图2所示，每个纳米单元中分别设有一各向异性的孔，并且孔的方向与周期的方向夹角α不等于0°、45°、90°，第一纳米薄膜层11与第二纳米薄膜层15由贵金属制成。在本实施例中，第一纳米薄膜层11和第一纳米薄膜层11优选为金材料，第一介质层12和第二介质层14材料优选为sio2材料，sio2光学性能优异，同时可以阻断纳米薄膜层与调控层13之间的电流，避免第一纳米薄膜层11、调控层13和第二纳米薄膜层15之间形成回路，为调控层13提供一个绝缘环境。基底层优选为ito导电玻璃。
第一纳米薄膜层11与第二纳米薄膜层15分别设有第一触点131和第二触点132连接外电路，通过调节外电路的电压，改变调控层13中tco的折射率，从而改变纳米结构的非对称传输特性。
本申请实施例微纳结构本体1由第一纳米薄膜层11、第一介质层12、调控层13、第二介质层14和第二纳米薄膜层15组成，在第一纳米薄膜层11和第二纳米薄膜层15上分别设有第一触点131和第二触点132，用于连接外电路，形成回路，第一纳米薄膜层11和第二纳米薄膜层15之间设有tco制备的调控层13，tco可以为ito或fto。
具体而言：tco为透明导电氧化物，具有优异的光电特性，尤其是禁带宽度一般均大于3ev，可见光谱透射率高达80％以上，电阻率低至10-4ω·cm，尤其是在通过外电场的作用下，其折射率会发生规律性改变，本实施例tco优选为ito，实验表明，当tco最大折射率与外加电场的强度在一定范围内呈正相关，tco的折射率在10-4数量级上，随着外加电场的增大而增大。
在接通电路后，第一纳米薄膜层11和第二纳米薄膜层15形成一个微型电容，第一纳米薄膜层11和第二纳米薄膜层15就相当于电容的两个极板，通过外加电压不断调节两电容极板也就是第一纳米薄膜层11和第二纳米薄膜层15之间的电场方向和强度，电容板之间的调控层13tco内部载流子浓度不断发生变化，导致调控层13的介电常数改变，光程＝折射率n×距离l，第一纳米薄膜层11和第二纳米薄膜层15之间的距离l固定不变，折射率n发生变化，则入射光的光程发生改变，即达到第二纳米薄膜层15底面的光量也发生改变，也就是说通过本申请实施例纳米结构的光量发生改变，透射率t发生变化，
利用传统方法调节at信号的大小，必须要改变微纳结构的参数，当更换介质层材料时，不管采用哪种办法，都必须重新设计与制备该微纳结构，调节成本高。在更换介质层材料调节纳米结构的非对称传输时，即使目前自然界本身存在和人工合成的等无限多材料的集合，其折射率也是多个不连续值的集合，通过介质层材料的不断替换也无法实现折射率的连续变化。本申请实施例微纳结构外电路可以通过可调电压逐渐变化，实现第一纳米薄膜层11和第二纳米薄膜层15之间的电场连续的、有规律的变化，从而使得调控层13的折射率连续且有规律的变化，使得本申请实施例纳米结构的非对称传输实现可控式调节。
分别用lcp(左旋偏振光)和rcp(右旋偏振光)以直入射的方式照射本申请实施例微纳结构，本申请实施例纳米结构的设计使左旋偏振光和右旋偏振光的透射率峰谷共振对应产生强烈的非对称传输效应，对于不同圆偏振光入射的透射光谱对应的非对称传输效果差异明显，第一纳米薄膜层11和第二纳米薄膜层15之间产生级联放大效应，使得结构的at信号强度大幅度提高，最高可达到39％。通过在入射光激发下，第一纳米薄膜层11和第二纳米薄膜层15之间的光场耦合作用增强共振效应，从而产生强非对称传输效应，利用制备工艺制备简单的结构从而提高结构制备精度，为光学器件制造、理论研究、强场增强技术等领域的研究提供了新的思路。
如图1所示，第一纳米薄膜层11和第二纳米薄膜层15完全相同，均由多个结构相同的纳米单元按矩形周期阵列连接而成。每个纳米单元中分别设有一各向异性的孔，并且孔的方向与周期的方向夹角α不等于0°、45°、90°。
具体而言：各向异性的孔为矩形孔、椭圆形孔、l形孔、有分裂的矩形孔构成的各向异性结构，本实施例优选为矩形，矩形周期阵列还可以为方形周期阵列。各向异性的孔的方向与周期夹角α为22.5°，在各向异性孔为矩形孔时，且长边与周期单元x方向加油为22.5°时，产生的非对称传输信号最大。
实施例2：
根据实施例1公开的一种非对称传输可调的双层孔微纳结构，本实施例公开了一种非对称传输可调的双层孔微纳结构的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，设计图形：用图形发生器设计双层孔微纳结构图形；
步骤2，准备基底：准备ito玻璃基底并清洗吹干；
步骤3，镀镍：将步骤2吹干的基底放入电子束真空蒸发镀膜机中利用电子束蒸发法蒸镀金属镍，形成镍层；
步骤4，蒸镀：在步骤3形成的镍层上继续利用电子束蒸发法由下及上依次蒸镀金、二氧化硅、tco、二氧化硅和金，形成第二纳米薄膜层15、第二介质层14、调控层13、第一介质层12和第一纳米薄膜层11；
步骤5，轰击：调控离子束轰击形状为步骤1的各向异性的孔形状，利用聚焦离子束(focusedionbeam，fib)技术，得到双层孔微纳结构；
步骤6，焊接电路：在步骤5得到的双层孔微纳结构中，通过纳米焊接在第一纳米薄膜层11和第二纳米薄膜层15上分别设置触点连接外电路
本实施例微纳结构制备方法简单方便，只需在蒸发腔内连续蒸镀多种材料，不需要在制备过程中将样品拿出蒸发腔，样品不容易受到污染或外界环境的影响。
本申请实施例微纳结构制备方法中，应用fib刻蚀制备各向异性孔，避免传统制备方法中需要多次甩胶和精确校准工序，可以保证孔完全对齐，减少实验误差对非对称传输特性的影响。
本申请实施例微纳结构制备方法中，应用fib刻蚀制备各向异性孔，避免传统制备方法中需要多次甩胶和精确校准工序，可以保证上下两层之间的孔完全对齐，减少实验误差对非对称传输特性的影响，从而提高非对称传输信号。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。