一种纳米级图案化金属阵列及其制备方法

1.本发明涉及光学器件技术领域，特别是涉及一种纳米级图案化金属阵列及其制备方法。


背景技术：

2.金属，如金(au)、银(ag)、铜(cu)等良导体，广泛应用于电子传输技术领域。当光波照射上述金属并且满足一定波矢匹配条件时，金属表面自由电子在光波驱动下发生集体振荡，而这些振荡的自由电子又会产生磁场，继续耦合作用于自由电子，从而使光波同自由电子相互耦合。其中，入射光使得金属表面的自由电子发生集体振荡的现象，被称为表面等离激元，即表面等离激元(surface plasmon，sp)是在金属表面区域的一种自由电子和光子相互作用形成的电磁振荡。
3.集成光子电路中的核心应用是全光逻辑计算和全光信号处理；全光信号处理可以使用芯片上的光计算单元来实现，而全光逻辑计算通常需要光学器件具有相当大的非线性响应，往往需要较高的操作光强度，目前相关技术无法满足上述要求。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种纳米级图案化金属阵列及其制备方法，能够增强非线性效应，较好实现对光波的传输方向、局域场强度以及偏振形式等方面的调控。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.一种纳米级图案化金属阵列，包括硅基衬底和纳米级图案化金属颗粒阵列；
7.所述纳米级图案化金属颗粒阵列包括多个纳米级金属颗粒，且所有所述纳米级金属颗粒按照周期排列在所述硅基衬底上；
8.从俯视角度出发，所述纳米级图案化金属颗粒阵列中的纳米级金属颗粒的形状为正方形、长方形、三角形、l形、u形中的一种或多种。
9.可选的，所述纳米级图案化金属颗粒阵列是在所述硅基衬底上利用微加工技术制备的纳米级金属阵列。
10.可选的，从俯视角度出发，当所述纳米级图案化金属颗粒阵列中的纳米级金属颗粒的形状均为正方形时，所述正方形的边长为105nm，相邻所述纳米级金属颗粒之间的距离的取值范围为230nm-280nm。
11.可选的，从俯视角度出发，当所述纳米级图案化金属颗粒阵列中的纳米级金属颗粒的形状均为长方形时，所述长方形的长为144nm，所述长方形的宽为137nm，相邻所述纳米级金属颗粒之间的距离的取值范围为80nm-120nm。
12.可选的，从俯视角度出发，当所述纳米级图案化金属颗粒阵列中的纳米级金属颗粒的形状均为正三角形时，所述正三角形的边长为105nm，相邻所述纳米级金属颗粒之间的距离的取值范围为80nm-120nm。
13.可选的，从俯视角度出发，当所述纳米级图案化金属颗粒阵列中的纳米级金属颗
粒的形状均为l形时，所述l形的第一边的长为300nm，所述l形的第二边的长为100nm，所述l形的第三边的长为133nm，所述l形的第四边的长为100nm，相邻所述纳米级金属颗粒之间的距离的取值范围为80nm-120nm；其中，所述l形是由所述第一边、所述第二边、第五边、所述第三边、所述第四边和第六边依次连接后围成的形状，且所述第一边垂直于所述第二边，所述第一边平行于所述第五边，所述第一边垂直于所述第三边，所述第一边平行于所述第四边，所述第一边垂直于所述第六边。
14.可选的，所述u形包括第一长方形区域、第二长方形区域和第三长方形区域；其中，所述第一长方形区域和所述第三长方形区域相同，且所述第一长方形区域为所述u形的第一侧壁，所述第三长方形区域为所述u形的第二侧壁，所述第二长方形区域为所述u形的底部；
15.从俯视角度出发，当所述纳米级图案化金属颗粒阵列中的纳米级金属颗粒的形状均为u形时，所述第一长方形区域的长为256nm，所述第一长方形区域的宽为100nm，所述第二长方形区域的长为133nm，所述第二长方形区域的宽为100nm，相邻所述纳米级金属颗粒之间的距离的取值范围为80nm-120nm。
16.可选的，所述硅基衬底包括衬底、设置在所述衬底上的二氧化硅层以及设置在所述二氧化硅层上的硅层。
17.一种纳米级图案化金属阵列的制备方法，包括：
18.对硅基衬底进行预处理；
19.在预处理后的硅基衬底上涂抹光刻胶，并利用激光技术对涂抹光刻胶的硅基衬底进行加工处理，以在硅基衬底上构建三维光刻胶结构；
20.采用电子束曝光所述三维光刻胶结构后，对显影后的三维光刻胶结构进行蒸镀金属处理，进而得到纳米级图案化金属阵列；
21.其中，从俯视角度出发，所述纳米级图案化金属阵列中的纳米级金属颗粒的形状为正方形、长方形、三角形、l形、u形中的一种或多种。
22.可选的，所述采用电子束曝光所述三维光刻胶结构后，对显影后的三维光刻胶结构进行蒸镀金属处理，进而得到纳米级图案化金属阵列，具体包括：
23.采用电子束曝光所述三维光刻胶结构，得到显影后的三维光刻胶结构；
24.在所述显影后的三维光刻胶结构上溅射金属；
25.对溅射金属后的三维光刻胶结构进行蒸镀金属处理，得到初步纳米级图案化金属阵列；
26.采用干法去除所述初步纳米级图案化金属阵列中的光刻胶，得到最终的纳米级图案化金属阵列。
27.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
28.本发明提供了一种纳米级图案化金属阵列及其制备方法，本发明设计了纳米级图案化金属颗粒和纳米级图案化金属颗粒的阵列排布，具有图案化金属颗粒和阵列排布方式多样化、灵活性高、且图案化金属颗粒之间间隔小等优点，可以将光场能量高度局域在金属表面，并表现出近场增强性，较好实现对光波的传输方向、局域场强度以及偏振形式等方面的调控。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1为本发明纳米级图案化金属阵列结构示意图；
31.图2为本发明当纳米级图案化金属颗粒阵列中的纳米级金属颗粒的形状均为正方形时纳米级金属颗粒排列示意图；
32.图3为本发明当纳米级图案化金属颗粒阵列中的纳米级金属颗粒的形状均为长方形时纳米级金属颗粒排列示意图；
33.图4为本发明当纳米级图案化金属颗粒阵列中的纳米级金属颗粒的形状均为正三角形时纳米级金属颗粒排列示意图；
34.图5为本发明当纳米级图案化金属颗粒阵列中的纳米级金属颗粒的形状均为l形时纳米级金属颗粒的结构示意图；
35.图6为本发明当纳米级图案化金属颗粒阵列中的纳米级金属颗粒的形状均为u形时纳米级金属颗粒的结构示意图；
36.图7为本发明纳米级图案化金属阵列的制备方法流程图。
具体实施方式
37.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
39.实施例一
40.本实施例提供的一种纳米级图案化金属阵列包括硅基衬底1和纳米级图案化金属颗粒阵列2；其中，所述纳米级图案化金属颗粒阵列2包括多个纳米级金属颗粒，且所有所述纳米级金属颗粒按照周期排列在所述硅基衬底1上；从俯视角度出发，所述纳米级图案化金属颗粒阵列2中的纳米级金属颗粒的形状为正方形、长方形、三角形、l形、u形中的一种或多种。
41.所述纳米级图案化金属颗粒阵列2是在所述硅基衬底1上利用微加工技术制备的纳米级阵列，其金属的表面等离激元特性可以实现光控光的逻辑计算。
42.如图2所示，从俯视角度出发，当所述纳米级图案化金属颗粒阵列中的纳米级金属颗粒的形状均为正方形时，所述正方形的边长为105nm，相邻所述纳米级金属颗粒之间的距离的取值范围为230nm-280nm。
43.如图3所示，从俯视角度出发，当所述纳米级图案化金属颗粒阵列2中的纳米级金属颗粒的形状均为长方形时，所述长方形的长为144nm，所述长方形的宽为137nm，此时相邻所述纳米级金属颗粒之间的距离的取值范围为80nm-120nm，该纳米级金属颗粒的厚度为
105nm。
44.如图4所示，从俯视角度出发，当所述纳米级图案化金属颗粒阵列2中的纳米级金属颗粒的形状均为正三角形时，所述正三角形的边长为105nm，此时相邻所述纳米级金属颗粒之间的距离的取值范围为80nm-120nm。
45.如图5所示，从俯视角度出发，当所述纳米级图案化金属颗粒阵列2中的纳米级金属颗粒的形状均为l形时，所述l形的第一边l1的长为300nm，所述l形的第二边l2的长为100nm，所述l形的第三边l3的长为133nm，所述l形的第四边l4的长为100nm，此时相邻所述纳米级金属颗粒之间的距离的取值范围为80nm-120nm；该纳米级金属颗粒的厚度为105nm。
46.其中，所述l形是由所述第一边l1、所述第二边l2、第五边l5、所述第三边l6、所述第四边l4和第六边l6依次连接后围成的形状，且所述第一边l1垂直于所述第二边l2，所述第一边l1平行于所述第五边l5，所述第一边l1垂直于所述第三边l3，所述第一边l1平行于所述第四边l4，所述第一边l1垂直于所述第六边l6。
47.如图6所示，所述u形包括第一长方形区域、第二长方形区域和第三长方形区域；其中，所述第一长方形区域和所述第三长方形区域相同，且所述第一长方形区域为所述u形的第一侧壁，所述第三长方形区域为所述u形的第二侧壁，所述第二长方形区域为所述u形的底部。
48.所述第二长方形区域的第一宽边与所述第一长方形区域的第一长边重合，所述第二长方形区域的第二宽边与所述第三长方形区域的第一长边重合，所述第二长方形区域的第一长边与所述第一长方形区域的第一长边、所述第三长方区域的第一长边连接在一起。
49.从俯视角度出发，当所述纳米级图案化金属颗粒阵列2中的纳米级金属颗粒的形状均为u形时，所述第一长方形区域的长w1为256nm，所述第一长方形区域的宽w2为100nm，所述第二长方形区域的长w3为133nm，所述第二长方形区域的宽w4为100nm，此时相邻所述纳米级金属颗粒之间的距离的取值范围为80nm-120nm，该纳米级金属颗粒的厚度为105nm。
50.一个示例中，所述硅基衬底1包括衬底、设置在所述衬底上的二氧化硅层以及设置在所述二氧化硅层上的硅层。其中，该硅层的折射率为3.45，厚度为220nm。
51.当偏振光注入硅基衬底上的纳米级图案化金属颗粒阵列中时，在纳米级图案化金属颗粒阵列上形成表面等离激元(spp)波沿着纳米级图案化金属颗粒阵列传输，当入射光的波长与纳米级图案化金属颗粒阵列的本征spp波长相匹配时，形成共振增强，在纳米级图案化金属颗粒阵列中出现场增强效应，其传输将呈现波导效果或者滤波吸收效果。取纳米级图案化金属颗粒阵列中的一个方向作为spp波导，而另一个方向输入具有spp场增强效应的控制光，则在纳米级图案化金属颗粒阵列上形成两种spp模式的叠加。众所周知，谐振模式对介电常数敏感，控制光波长与其传输方向上的纳米级图案化金属颗粒阵列本征spp发生共振时，将在纳米级图案化金属颗粒阵列局部出现场增强效应，金属中强烈共振的自由电子产生非线性效应微小的改变了金属的瞬态介电常数。在纳米级图案化金属颗粒阵列中，其spp谐振模式对介电常数极其敏感，从而实现了对阵列谐振模式的改变，为控制光通过纳米级图案化金属颗粒阵列实现了对信号光输出的调节。
52.本实施例提供了一种纳米级图案化金属阵列的表面等离激元将光场能量高度局域在金属表面，并表现出近场增强性，那么也就是说可以利用表面等离激元对光波的传输方向、局域场强度以及偏振形式等方面进行调控，实现新的应用。
53.实施例二
54.本实施例提供了一种实施例一所述的纳米级图案化金属阵列的制备方法，如图7所示，包括：
55.步骤100：对硅基衬底进行预处理。
56.步骤200：在预处理后的硅基衬底上涂抹光刻胶，并利用激光技术对涂抹光刻胶的硅基衬底进行加工处理，以在硅基衬底上构建三维光刻胶结构。
57.步骤300：采用电子束曝光所述三维光刻胶结构后，对显影后的三维光刻胶结构进行蒸镀金属处理，进而得到纳米级图案化金属阵列。
58.其中，从俯视角度出发，所述纳米级图案化金属阵列中的纳米级金属颗粒的形状为正方形、长方形、三角形、l形、u形中的一种或多种。
59.一个示例中，该步骤100具体包括：
60.步骤101：对硅基衬底进行切割，确保硅基衬底表面平整和干净。
61.步骤102：对硅基衬底进行机械抛光去除杂质，清洁并进行第一次烘干。
62.该硅基衬底可以为soi(silicon-on-insulator，即绝缘衬底上的硅)芯片。该soi芯片的顶层是硅，折射率为3.45，厚度为220nm。该soi芯片下层氧化物是二氧化硅，折射率为1.44，厚度为3000nm。
63.经过步骤101后，得到边长为50-300μm的正方形硅基衬底，且切割时确保硅基衬底表面平整和干净。
64.一个示例中，在步骤200中，光刻胶可以选择正胶(pmma)，也可以选择负胶(hsq、zep-520)。
65.步骤200具体包括：
66.在预处理后的硅基衬底上均匀涂抹光刻胶并进行第二次烘干。
67.使用激光直写设备对涂抹光刻胶的硅基衬底进行加工处理，以在硅基衬底上构建三维光刻胶结构。
68.该激光直写设备使用的是405nm波段激光，曝光线宽最小精度是12nm，拼接精度是20nm，对焦精度为100nm。
69.一个示例中，该步骤300具体包括：
70.采用电子束曝光所述三维光刻胶结构，得到显影后的三维光刻胶结构。
71.蒸镀金属前，为了增加图案附着力，同时防止金属颗粒脱落，在所述显影后的三维光刻胶结构上溅射厚度为5nm的金属，该金属为镉或者ti。
72.对溅射金属后的三维光刻胶结构进行蒸镀金属处理，得到初步纳米级图案化金属阵列。蒸镀金属可以是金(au)，银(ag)，铜(cu)，铂(pt)，铝(al)，镍ni，钴(co)的一种。蒸镀方式为溅射或者热蒸发。
73.采用干法去除所述初步纳米级图案化金属阵列中的光刻胶，留下金属层，得到最终的纳米级图案化金属阵列。其中，该纳米级金属颗粒的厚度为5nm-105nm。
74.实施例三
75.本实施例提供了一种纳米级图案化金属阵列的制备方法，具体包括以下步骤：
76.1)选用soi芯片为衬底，对soi芯片进行切割，得到边长为50-300μm的正方形衬底硅片，切割时确保硅片表面平整和干净；soi芯片顶层是硅(折射率为3.45，厚度为220nm)，
下层氧化物是二氧化硅(折射率为1.44，厚度为3000nm)，两者相差较高的折射率。
77.2)先对硅片进行机械抛光去除杂质，然后用丙酮和无水乙醇清洁硅片。待清洁工作完成后，将硅片进行第一次烘干。
78.3)待硅片烘干后，在硅片上均匀涂抹光刻胶，光刻胶可以选择正胶(pmma)或者负胶(hsq、zep-520)；在光刻胶涂抹完毕后，将硅片进行第二次烘干。
79.4)待硅片烘干后，使用激光直写设备控制激光的能阶，在硅片上构建三维光刻胶结构；其中；激光直写设备使用的是405nm波段激光，曝光线宽最小精度是12nm，拼接精度是20nm，对焦精度为100nm。三维光刻胶结构依据是图案化金属颗粒阵列版图，本实施例中的图案化金属颗粒为正方体金属颗粒，正方体金属颗粒的边长105nm，相邻正方体金属颗粒之间的距离的取值范围是230-280nm。
80.5)使用电子束曝光依据图案化金属颗粒阵列版图构建的三维光刻胶结构，将图案化金属颗粒阵列显影。对显影的图案化金属颗粒阵列进行蒸镀金属(本实施例中的蒸镀金属为金au)；为了增加图案附着力，同时防止金属颗粒脱落，先在图案化金属颗粒阵列位置上溅射5nm厚度的镉或者ti，之后再溅射金，正方体金属颗粒的厚度为105nm，蒸镀方式为溅射或者热蒸发。
81.6)干法去除剩余的光刻胶，留下金属层，得到可以实现对光波传输方向、局域场强度以及偏振形式等方面进行调控的正方形纳米级图案化金属颗粒阵列。
82.本实施例对硅片清洗、光刻胶胶厚、侧壁光滑度没有特别的要求。
83.实施例四
84.本实施例提供了一种纳米级图案化金属阵列的制备方法，具体包括以下步骤：
85.1)选用soi芯片为衬底，对soi芯片进行切割，得到边长为50-300μm的正方形衬底硅片，切割时确保硅片表面平整和干净；soi芯片顶层是硅(折射率为3.45，厚度为220nm)，下层氧化物是二氧化硅(折射率为1.44，厚度为3000nm)，两者相差较高的折射率。
86.2)先对硅片进行机械抛光去除杂质，然后用丙酮和无水乙醇清洁硅片。待清洁工作完成后，将硅片进行第一次烘干。
87.3)待硅片烘干后，在硅片上均匀涂抹光刻胶，光刻胶可以选择正胶(pmma)或者负胶(hsq、zep-520)；在光刻胶涂抹完毕后，将硅片进行第二次烘干。
88.4)待硅片烘干后，使用激光直写设备控制激光的能阶，在硅片上构建三维光刻胶结构；其中；激光直写设备使用的是405nm波段激光，曝光线宽最小精度是12nm，拼接精度是20nm，对焦精度为100nm。三维光刻胶结构依据是图案化金属颗粒阵列版图，本实施例中的图案化金属颗粒为长方体金属颗粒，长方体金属颗粒的宽137、长144nm，厚度为105nm，长方体金属颗粒之间的距离的取值范围是80-120nm。
89.5)使用电子束曝光依据图案化金属颗粒阵列版图构建的三维光刻胶结构，将图案化金属颗粒阵列显影。对显影的图案化金属颗粒阵列进行蒸镀金属(本实施例中的蒸镀金属为金au)；为了增加图案附着力，同时防止金属颗粒脱落，先在图案化金属颗粒阵列位置上溅射5nm厚度的镉或者ti，之后再溅射金，蒸镀方式为溅射或者热蒸发。
90.6)干法去除剩余的光刻胶，留下金属层，得到可以实现对光波传输方向、局域场强度以及偏振形式等方面进行调控的正方形纳米级图案化金属颗粒阵列。
91.本实施例对硅片清洗、光刻胶胶厚、侧壁光滑度没有特别的要求。
92.实施例五
93.本实施例提供了一种纳米级图案化金属阵列的制备方法，具体包括以下步骤：
94.1)选用soi芯片为衬底，对soi芯片进行切割，得到边长为50-300μm的正方形衬底硅片，切割时确保硅片表面平整和干净；soi芯片顶层是硅(折射率为3.45，厚度为220nm)，下层氧化物是二氧化硅(折射率为1.44，厚度为3000nm)，两者相差较高的折射率。
95.2)先对硅片进行机械抛光去除杂质，然后用丙酮和无水乙醇清洁硅片。待清洁工作完成后，将硅片进行第一次烘干。
96.3)待硅片烘干后，在硅片上均匀涂抹光刻胶，光刻胶可以选择正胶(pmma)或者负胶(hsq、zep-520)；在光刻胶涂抹完毕后，将硅片进行第二次烘干。
97.4)待硅片烘干后，使用激光直写设备控制激光的能阶，在硅片上构建三维光刻胶结构；其中；激光直写设备使用的是405nm波段激光，曝光线宽最小精度是12nm，拼接精度是20nm，对焦精度为100nm。三维光刻胶结构依据是图案化金属颗粒阵列版图，本实施例中的图案化金属颗粒为正三角体金属颗粒，正三角体金属颗粒的边长为105nm，正三角体金属颗粒之间的距离的取值范围是80-120nm。
98.5)使用电子束曝光依据图案化金属颗粒阵列版图构建的三维光刻胶结构，将图案化金属颗粒阵列显影。对显影的图案化金属颗粒阵列进行蒸镀金属(本实施例中的蒸镀金属为金au)；为了增加图案附着力，同时防止金属颗粒脱落，先在图案化金属颗粒阵列位置上溅射5nm厚度的镉或者ti，之后再溅射金，正三角体金属颗粒的厚度为105nm，蒸镀方式为溅射或者热蒸发。
99.6)干法去除剩余的光刻胶，留下金属层，得到可以实现对光波传输方向、局域场强度以及偏振形式等方面进行调控的正方形纳米级图案化金属颗粒阵列。
100.本实施例对硅片清洗、光刻胶胶厚、侧壁光滑度没有特别的要求。
101.实施例六
102.本实施例提供了一种纳米级图案化金属阵列的制备方法，具体包括以下步骤：
103.1)选用soi芯片为衬底，对soi芯片进行切割，得到边长为50-300μm的正方形衬底硅片，切割时确保硅片表面平整和干净；soi芯片顶层是硅(折射率为3.45，厚度为220nm)，下层氧化物是二氧化硅(折射率为1.44，厚度为3000nm)，两者相差较高的折射率。
104.2)先对硅片进行机械抛光去除杂质，然后用丙酮和无水乙醇清洁硅片。待清洁工作完成后，将硅片进行第一次烘干。
105.3)待硅片烘干后，在硅片上均匀涂抹光刻胶，光刻胶可以选择正胶(pmma)或者负胶(hsq、zep-520)；在光刻胶涂抹完毕后，将硅片进行第二次烘干。
106.4)待硅片烘干后，使用激光直写设备控制激光的能阶，在硅片上构建三维光刻胶结构；其中；激光直写设备使用的是405nm波段激光，曝光线宽最小精度是12nm，拼接精度是20nm，对焦精度为100nm。三维光刻胶结构依据是图案化金属颗粒阵列版图，本实施例中的图案化金属颗粒为l型结构金属颗粒，l型结构金属颗粒的几何参数见图5所示，l型结构金属颗粒的第一边l1的长为300nm，l型结构金属颗粒的第二边l2的长为100nm，l型结构金属颗粒的第三边l3的长为133nm，l型结构金属颗粒的第四边l4的长为100nm，相邻l型结构金属颗粒之间的距离的取值范围为80nm-120nm。
107.5)使用电子束曝光依据图案化金属颗粒阵列版图构建的三维光刻胶结构，将图案
化金属颗粒阵列显影。对显影的图案化金属颗粒阵列进行蒸镀金属(本实施例中的蒸镀金属为金au)；为了增加图案附着力，同时防止金属颗粒脱落，先在图案化金属颗粒阵列位置上溅射5nm厚度的镉或者ti，之后再溅射金，l型结构金属颗粒的厚度为105nm，蒸镀方式为溅射或者热蒸发。
108.6)干法去除剩余的光刻胶，留下金属层，得到可以实现对光波传输方向、局域场强度以及偏振形式等方面进行调控的正方形纳米级图案化金属颗粒阵列。
109.本实施例对硅片清洗、光刻胶胶厚、侧壁光滑度没有特别的要求。
110.实施例七
111.本实施例提供了一种纳米级图案化金属阵列的制备方法，具体包括以下步骤：
112.1)选用soi芯片为衬底，对soi芯片进行切割，得到边长为50-300μm的正方形衬底硅片，切割时确保硅片表面平整和干净；soi芯片顶层是硅(折射率为3.45，厚度为220nm)，下层氧化物是二氧化硅(折射率为1.44，厚度为3000nm)，两者相差较高的折射率。
113.2)先对硅片进行机械抛光去除杂质，然后用丙酮和无水乙醇清洁硅片。待清洁工作完成后，将硅片进行第一次烘干。
114.3)待硅片烘干后，在硅片上均匀涂抹光刻胶，光刻胶可以选择正胶(pmma)或者负胶(hsq、zep-520)；在光刻胶涂抹完毕后，将硅片进行第二次烘干。
115.4)待硅片烘干后，使用激光直写设备控制激光的能阶，在硅片上构建三维光刻胶结构；其中；激光直写设备使用的是405nm波段激光，曝光线宽最小精度是12nm，拼接精度是20nm，对焦精度为100nm。三维光刻胶结构依据是图案化金属颗粒阵列版图，本实施例中的图案化金属颗粒为u型结构金属颗粒，该u型结构金属颗粒的长w1为256nm，该u型结构金属颗粒的宽w2为100nm，该u型结构金属颗粒的长w3为133nm，该u型结构金属颗粒的宽w4为100nm，相邻u型结构金属颗粒之间的距离的取值范围为80nm-120nm。
116.5)使用电子束曝光依据图案化金属颗粒阵列版图构建的三维光刻胶结构，将图案化金属颗粒阵列显影。对显影的图案化金属颗粒阵列进行蒸镀金属(本实施例中的蒸镀金属为金au)；为了增加图案附着力，同时防止金属颗粒脱落，先在图案化金属颗粒阵列位置上溅射5nm厚度的镉或者ti，之后再溅射金，u型结构金属颗粒的厚度为105nm，蒸镀方式为溅射或者热蒸发。
117.6)干法去除剩余的光刻胶，留下金属层，得到可以实现对光波传输方向、局域场强度以及偏振形式等方面进行调控的正方形纳米级图案化金属颗粒阵列。
118.本实施例对硅片清洗、光刻胶胶厚、侧壁光滑度没有特别的要求。
119.与现有技术相比，本发明具有如下优点：
120.1、实现了芯片上纯光学的光学器件设计。在本发明中，所有元件都是光学元件，避免了任何电学元件的引入。
121.2、纳米级图案化金属阵列能实现对光波的传输方向、局域场强度以及偏振形式等方面进行调控。
122.3、纳米级图案化金属阵列结构简单。
123.4、纳米级图案化金属阵列为未来全光器件的发展提供了依据。
124.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统
而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
125.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。