一种采用金属硅化物的手性超结构的制作方法

本发明涉及光学领域，尤其涉及一种手性超结构。

背景技术：

近年来，手性超结构由于其特殊的电磁性质和光学特性而得到了广泛的关注和研究。与自然界中的手性材料相比，其反常的特殊性质，比如负折射率，强烈的圆二色性和偏振旋转等，使其成为了电磁学和光学领域最前沿的研究课题。利用手性超结构的特殊光学性质来调制光的传播行为使其可以广泛应用于各种光学器件。例如圆偏振光起偏器，完美透镜，圆偏振光检测器等。所谓手性是指一个结构的镜像无法与其本身相重合的一种结构特征。相比于三维的手性超结构，二维手性超结构具有构建简单的优势。但是起初二维的手性超结构在获得的光学活性，圆二色性等方面无法和三维的相媲美。后来Rogacheva等人提出了双层的二维手性超结构，其巨大的光学活性使之能和三维超结构相提并论。在这个工作的启发下，很多二维的手性结构相继被提出。另外，多层的二维超结构也得到了研究。最近，为了得到巨大的圆二色性和偏振旋转性，对二维超结构的几何参数进行了优化。结果显示圆二色性和偏振旋转性的最大值不能同时得到。此外，由于以前的手性超结构都采用贵金属来构建，使它不能和现有的半导体加工集成技术相匹配，致使手性超结构的广泛应用得到限制。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的不足，本发明提供了一种采用金属硅化物构建的手性超结，通过对硅化物光学参数的优化，使该结构能同时实现巨大的圆二色性和偏振旋转性。

本发明中的一种采用金属硅化物的手性超结构，包括沿着光线入射方向依次设有的上硅化物层、介质层、下硅化物层和衬底层；上硅化物层、介质层和下硅化物层具有相同的平面结构，所述平面结构包括多个周期为p的单元结构,单元结构为四个中心对称的圆环和十字相交的长方形组成，圆环的内径为r1，圆环的外径为r2,长方形的长为l,长方形的宽m=r2-r1；上硅化物层4和下硅化物层2厚度为t，介质层3的厚度为d。

作为优选，t的范围为80~120nm，d=0.6t,r的范围为80~120nm，r2=2.0*r1，l的范围为240~340nm,p=l2+2.0*r2+70nm。

作为优选，上硅化物层4和下硅化物层2所采用材料的两个Drude模型参数ωp，ωτ呈现开口向下的喇叭型分布。手性超结构表现出良好的圆二色性，偏振旋转和消光比。本发明的有益效果：以NiSi为例，左，右圆偏振光透射谱线在磁共振点附近分开，产生了约0.42的圆二色性以及0.7的椭圆率，并发生相位突变，在共振点产生了从60°到-55°的偏振旋转。

附图说明

图1为一种采用金属硅化物的手性超结构立体结构示意图。

图2为一种采用金属硅化物的手性超结构结构示意图。

图3为一种采用金属硅化物的手性超结构结构示意图。

图中标记：1、衬底层，2、下硅化物层，3、介质层，4、上硅化物层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明，但不应将此理解为本发明的上述主题的范围仅限于上述实施例。

如图1-3所示，一种采用金属硅化物的手性超结构，包括沿着光线入射方向依次设有的上硅化物层4、介质层3、下硅化物层2和衬底层1；上硅化物层4、介质层3和下硅化物层2具有相同的平面结构，所述平面结构包括多个周期为p的单元结构,单元结构为四个中心对称的圆环和十字相交的长方形组成，圆环的内径为r1，圆环的外径为r2,长方形的长为l,长方形的宽m=r2-r1；上硅化物层4和下硅化物层2厚度为t，介质层3的厚度为d。以NiSi为例，左，右圆偏振光透射谱线在磁共振点附近分开，产生了约0.42的圆二色性以及0.7的椭圆率，并发生相位突变，在共振点产生了从60°到-55°的偏振旋转。

作为优选，t的范围为80~120nm，d=0.6t,r的范围为80~120nm，r2=2.0*r1，l的范围为240~340nm,p=l2+2.0*r2+70nm。

作为优选，上硅化物层4和下硅化物层2所采用材料的两个Drude模型参数ωp，ωτ呈现开口向下的喇叭型分布。手性超结构表现出良好的圆二色性，偏振旋转和消光比。

当参数如下时，为喇叭型分布：

圆二色性（>0.4）: ωp=2.5eV时，ωτ范围（0.01eV-0.02eV）

ωp=3V时，ωτ范围（0.015eV-0.03eV）

ωp=3.5eV时，ωτ范围（0.02eV-0.05eV）

ωp=4eV时，ωτ范围（0.035eV-0.075eV）

ωp=4.5eV时，ωτ范围（0.045eV-0.1eV）

ωp=5eV时，ωτ范围（0.06eV-0.14eV）

ωp=5.5eV时，ωτ范围（0.075eV-0.17eV）

ωp=6eV时，ωτ范围（0.085eV-0.23eV）

ωp=6.5eV时，ωτ范围（0.1eV-0.285eV）

ωp=7eV时，ωτ范围（0.11eV-0.345eV）

偏振旋转角（>60°）：ωp=3eV时，ωτ范围（0.013eV-0.017eV）

ωp=3.5eV时，ωτ范围（0.025eV-0.033eV）

ωp=4eV时，ωτ范围（0.035eV-0.053eV）

ωp=4.5eV时，ωτ范围（0.05eV-0.075eV）

ωp=5eV时，ωτ范围（0.076eV-0.1eV）

ωp=5.5eV时，ωτ范围（0.09eV-0.125eV）

ωp=6eV时，ωτ范围（0.116eV-0.155eV）

ωp=6.5eV时，ωτ范围（0.14eV-0.185eV）

ωp=7eV时，ωτ范围（0.185eV-0.215eV）

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

ωp=5eV时，ωτ范围（0.07eV-0.105eV）

ωp=5.5eV时，ωτ范围（0.09eV-0.13eV）

ωp=6eV时，ωτ范围（0.11eV-0.16eV）

ωp=6.5eV时，ωτ范围（0.135eV-0.185eV）

ωp=7eV时，ωτ范围（0.15eV-0.23eV）

本发明中的Drude模型为金属介电常数的Drude模型，为本领域的公知常识。