纳米以及上层金纳米颗粒膜层厚度为7纳米时对应的反射(点线)和吸收(实线)光谱响应；
图4是对图3中本发明设计的宽波段光全吸收器的光学照片图；
图5是本发明设计的宽波段光全吸收器在不同金属颗粒膜层厚度的形貌特征的扫描电子显微镜图。(a)，(b)对应的厚度为2纳米；(c)，(d)对应的厚度为4纳米；(e)，(f)对应的厚度为7纳米；(g)，(h)对应的厚度为9纳米.图6是宽波段光全吸收器随中间介质二氧化硅膜层和金属纳米颗粒膜层厚度不同而呈现的光谱响应(t代表的是二氧化硅膜层厚度)。(a)、(b)、(c)、(d)分别为金属纳米颗粒膜层厚度等于4纳米，7纳米，9纳米和12纳米。图中插图为对应参数体系在二氧化硅厚度为40纳米时的光学照片效果。
[0017]图7是宽波段光全吸收器随中间介质二氧化硅膜层和金属纳米颗粒膜层厚度不同而呈现的光吸收响应在结构光学照片上的反应。在不同金属颗粒膜层厚度和介质膜层厚度参数下可以产生不同波段不同吸收效率的光吸收特性。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
[0019]如图1所示，金属纳米颗粒膜层的形成是基于金属沉积过程控制，通过控制沉积参数比如沉积膜层的时间可以实现金属纳米可以从微小的纳米晶体逐步演化为较大的金属纳米颗粒以及金属团簇结构并最终实现连续无孔的金属膜层。
[0020]如图2所示，本实施方式中的宽波段光全吸收器结构可以通过金属膜层基底-介质膜层-金属纳米颗粒膜层这三层结构单元构成。
[0021]实施例1:
本实施方式中的宽波段光全吸收器自下而上依次由金属膜、介质膜和金属纳米颗粒膜层组成(结构示意图如图2所示)。本实施方式中金属纳米颗粒膜层的结构示意图如图1所示。本实施方式中宽波段光全吸收器可广泛应用于宽波段光吸收、宽带抗反射、宽带滤光等光电器件。
[0022]实施例2:
本实施方式采用金和二氧化硅两种材质，首先在载玻片上，采用氩离子溅射镀膜方法沉积一层厚度为100 nm的金膜；其次，在此金膜衬底上采用同样的溅射方法镀上40纳米的二氧化硅膜层；最后，把镀膜靶材换回原来的金靶材并镀上7纳米金膜，从而获得宽波段光全吸收器结构。经过采用光学反射、透射和吸收光谱测试，可以获得如图3所示的在紫外可见近红外宽光谱范围的光全吸收光谱。结构的光学照片(如图4所示)显示完全的黑体，反应获得的结构确实实现了可见波段的全吸收，因而导致没有明显的光反射或散射，从而呈现黑体吸收特性。
[0023]实施例3:
本实施方式将上述实施例2中得到的二氧化硅膜层和金属纳米颗粒膜层厚度(如图5所示)进行调控，获得了本设计的光全吸收器在不同结构参数下的光学响应。如图6所示，通过改变参数，可以在不同波段范围实现不同吸收效率的光谱，并产生不同光谱反射光学照片效应即颜色滤波效应(如图7所示)。因此，对于本发明设计的结构可以在不同光谱范围内呈现特定的光谱吸收响应。
【主权项】
1.一种宽波段光全吸收器，它包括平整金属膜(I )、平整介质膜层(2)和金属纳米结构膜(3)，其特征在于光学波段宽频带宽光谱光完美吸收及其由常规物理沉积方法即可获得大面积制备的低成本的三维亚波长金属-介质结构自下而上依次由平整金属膜(I)、平整介质膜层(2 )和金属纳米结构膜(3 )组成。
2.根据权利要求1所述的宽波段光全吸收器，其特征在于平整金属膜(I)的厚度为不小于50 nm ;所述平整金属膜(I)的材料为铜、铝、钨、银或金等金属材料。
3.根据权利要求1所述的宽波段光全吸收器，其特征在于平整介质膜层(2)的厚度为10-200 nm;所述平整介质膜层(2)的材料为玻璃、石英和氧化铝等介质材料。
4.根据权利要求1所述的宽波段光全吸收器，其特征在于金属纳米结构膜(3)的结构为物理沉积法获得纳米颗粒组成的密排结构。
5.根据权利要求1所述的宽波段光全吸收器，其特征在于金属纳米结构膜(3)的结构可通过物理沉积法获得；物理沉积法包括离子溅射法、脉冲沉积法、磁控溅射法。
6.根据权利要求1所述的宽波段光全吸收器，其特征在于金属纳米结构膜(3)的结构其特征在于金属纳米颗粒大小处于5-200 nm范围。
7.根根据权利要求1所述的宽波段光全吸收器，其特征在于金属纳米结构膜(3)的结构其特征在于相邻金属纳米颗粒大小间距处于0-20 nm范围。
8.根根据权利要求1所述的宽波段光全吸收器，其特征在于金属纳米结构膜(3)的结构其特征在于相邻金属纳米颗粒所组成的膜层的厚度处于0-15 nm范围。
9.一种权利要求1所述的宽波段光全吸收器的制备方法，其特征在于:具有宽波段光全吸收的金属-介质-金属结构体系的制备方法包括以下步骤: (1)通过物理或化学沉积法在平整衬底表面沉积金属膜层； (2)在步骤(I)中所得的金属膜层上通过物理或化学沉积法在平整衬底表面沉积介质膜层； (3)利用物理沉积方法包括氩离子溅射或磁控溅射等方法在步骤(2)中获得的结构上沉积特定厚度的金属膜层即金属纳米颗粒膜层结构； 在步骤(I)中，所述平整衬底包括石英、玻璃、硅片或有机膜； 在步骤(1)，(2)中，所述的物理或化学沉积方法包括真空镀膜法、金属热蒸发镀膜法、磁控溅射法、激光脉冲沉积法、原子层沉积法、化学镀方法、电化学方法中的一种或几种的混合方法； 在步骤(3)中，所述的物理沉积方法包括真空镀膜法、金属热蒸发镀膜法、磁控溅射法、激光脉冲沉积法中的一种或几种的混合方法。
【专利摘要】本发明公开了一种宽波段光全吸收器及其制备方法。该光全吸收器自下而上依次由金属膜层、介质膜层、金属纳米颗粒膜层共三层结构组成。整个宽波段光全吸收器结构全部可以通过技术已非常成熟的物理沉积方法包括离子溅射镀膜、脉冲沉积系统、磁控溅射镀膜等方法获得。其中，金属材料可以是铜、铝、金、银、钨等金属材质。本发明为实现宽波段光全吸收结构提供了一条全新且可行的简易途径，这与基于采用电子束刻蚀技术或聚焦离子束刻蚀技术等高精密技术而获得的有限尺寸的常规光全吸收器相比具有非常明显的结构和技术优势。
【IPC分类】G02B5-00
【公开号】CN104656170
【申请号】CN201410810447
【发明人】刘正奇, 刘桂强, 邵辉柏, 刘晓山, 黄珊
【申请人】江西师范大学
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2014年12月24日