一种调制二维晶体禁带荧光偏振性的装置的制作方法

本实用新型属于纳米光电子技术领域，具体涉及一种调制二维晶体禁带荧光偏振性的装置。

背景技术：

极性可调的微纳光源在信息安全、高灵敏传感、结构分析、病原体诊断等方面具备特殊优势。近年兴起的新型二维晶体具有广泛的直接禁带选择性、结构稳定性、光电可调性和衬底多样性，具备片上微纳光源的优异条件。但由于室温下荧光的偏振随机性限制了微纳光源的应用范围，因此需要对片上光源进行偏振调制。

宏观光路利用偏振片和偏振棱镜来调制光的偏振。偏振片主要由聚乙烯醇偏光膜在上下两面复合上透明的三醋酸纤维素保护膜组成。聚乙烯醇偏光膜的主要成分是聚乙烯醇和碘，采用湿法拉伸工艺制成。典型的工艺过程是：首先，用流延法或熔融挤出法制得透明的聚乙烯醇厚膜，将其浸入含碘的化合物溶液中反应，对薄膜进行碘染色；然后，在不同速度旋转的辊子间，按一定的方向将pva膜单向拉伸3～5倍，使聚乙烯醇分子键高度取向，同时将嵌入其中的碘分子定向，使其具有二向色性，吸收偏振方向与拉伸方向相同的光分量，透射与拉伸方向垂直的光分量。由于聚乙烯醇偏光膜在温热的环境中很快发生变形、收缩、松弛、衰退等，而且强度很低、质脆易破、不便于使用和加工。因此需要在其上下表面贴附具有高透光率、耐温热性好、强度高及光学上各向同性的三醋酸纤维素保护膜。这使偏振片厚度加大，不能直接集成于光子器件上。此外，偏振器还可由二向色性晶体，例如方解石，按照特有的长宽比例和端面角度要求进行设计、切割、抛光组装而成。虽然偏振棱镜制备的偏振器具有消光比高、透射率高和损伤阈值高的优势。但其块状的晶体特征，使得其在微纳光子系统中的实用性和兼容性非常低。因此，不论是从材料结构还是加工工艺，传统偏振元件都不适用于光子芯片。

有别于宏观光学元件，片上光子器件调制有其特有的理论基础和工作方法。在二维晶体荧光偏振性调制方面，前人采用温度和磁场作为两种调制手段进行研究。首先，在低温下，利用二维晶体谷极化效应可以产生线偏振荧光。二维晶体谷极化指单层晶体因中心对称破缺在k空间形成了两个谷(k⁺和k^-)。这两个谷可被圆偏振光探测，受外界圆偏振激光激发时，会发射相应属性的圆偏振荧光。因线偏振光是左、右旋光的相干叠加，所以当用线偏振光激发二维晶体时，其中的左、右旋成分会分别与左、右谷发生作用，使左、右谷电子同时从各自价带跳到导带，发出左、右旋荧光，二者相干叠加形成线偏振荧光。该过程发生需要满足一个重要条件，即左、右谷激子的退相干时间大于电子-空穴复合时间。反之，在电子空穴复合前左、右谷激子已经退相干则只能得到随机偏振荧光。温度越高，声子共振引起的谷间散射越强，退相干时间越短，这是室温下偏振随机的主要原因。温度越低谷间散射越小，退相干时间越长，荧光线偏性越好。利用此原理，在极低温30k下，相关工作已经测得35％的荧光线性度。其次，当不加磁场时，低温下线偏振荧光的光轴与激发激光的光轴永远保持平行；当加一个垂直于二维晶体表面的磁场时，线偏振荧光的偏振方向会受谷zeeman分裂效应的影响而发生偏转，同时偏振度降到16％。由此可见，温度和磁场是调制二维晶体荧光偏振性的可行手段。但是这两种方法有其自身的缺点和局限：一是荧光偏振性调制力度小；二是极端条件下，难以广泛应用。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

为克服上述调制方法的缺点和不足，本实用新型提出采用各向异性超材料调制二维晶体禁带荧光偏振性的装置，以解决二维晶体禁带荧光的偏振调制力度小、受温度限制的问题。

(二)技术方案

本实用新型提供了一种对二维晶体禁带荧光偏振性进行调制的装置，该结构包括：

一高导电材料衬底；

在所述高导电材料衬底上形成的一绝缘层；

在所述绝缘层上形成的一二维晶体单层；

在所述二维晶体单层上形成的一透光介质层；以及

在所述透光介质层上形成的具有周期性单元结构的金属纳米超材料。

其中，所述高导电材料衬底是高掺杂硅或金属，厚度为500-750μm，所述高导电材料起到结构支撑的作用，并对所述二维晶体单层荧光进行反射；

其中，所述绝缘层是sio2、al2o3，厚度为270-310nm，所述绝缘层作为二维晶体单层的生长衬底；

其中，所述二维晶体单层为过渡金属硫族化合物mx2，其中m＝mo、w；x＝s、se、te；所述二维晶体单层厚度小于1nm，所述二维晶体单层在泵浦光的激发下，发射荧光；

其中，所述透光介质层为al2o3或sio2，厚度为10-50nm，所述透光介质层的厚度影响所述金属纳米超材料在激发场处的共振透射和吸收，对荧光强度进行调制，且所述透光介质层保护二维晶体材料，免受水、氧或杂质离子的影响；

其中，所述金属纳米超材料是金、银、铝等金属的纳米结构，厚度为30-100nm。

其中，所述具有周期性单元结构的金属纳米超材料，具有线型、v型或n型空气隙结构；所述v型或n型空气隙结构与水平方向的夹角为空气隙倾角θ。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本实用新型提出的对二维晶体禁带荧光偏振性进行调制的装置，具有以下有益效果：

(1)本实用新型提供的对二维晶体禁带荧光偏振性进行调制的装置，采用超材料对二维晶体禁带荧光偏振性进行调制，由于超材料表面等离激元共振是光与超材料表面电子的集体共振行为，不受温度影响，因此本实用新型提出的偏振调制方法有效拓宽温度适用范围。

(2)本实用新型提供的对二维晶体禁带荧光偏振性进行调制的装置，通过优化结构设计，调节超材料共振模与二维晶体荧光之间的的耦合程度，产生不同线性度的荧光信号，进而可拓宽线性度可调范围。

(3)本实用新型提供的对二维晶体禁带荧光偏振性进行调制的装置，由于超材料尺寸小、不受光学衍射极限限制、且适合片上定点集成，使得该装置的尺寸灵活可调，适用于片上集成和微纳光源调制。可调控的最小面积由超材料结构单元决定，在百纳米平方量级，为芯片级光子器件、系统和功能开发提供器件基础。

(4)本实用新型提供的对二维晶体禁带荧光偏振性进行调制的装置，在制备过程中，通过蒸镀方法制得的透光介质层将二维晶体与外界隔绝，降低水、氧等因素对二维晶体的影响，提高了器件寿命。

(5)本实用新型提供的对二维晶体禁带荧光偏振性进行调制的装置，其中的二维晶体的衬底材料具有多重选择性，与硅基光子平台和微纳制备技术有良好的兼容性。

附图说明

图1为依照本实用新型实施例的调制二维晶体禁带荧光偏振性的装置结构示意图。

图2为依照本实用新型提出的调制二维晶体禁带荧光偏振性装置的制备方法流程图。

图3为图1所示调制二维晶体禁带荧光偏振性的装置的测试流程图。

图4a为依照本实用新型一实施例的ws2单层光学成像图。

图4b为依照本实用新型一实施例的ws2单层在te、tm方向的荧光光强图。

图4c为依照本实用新型一实施例的ws2单层荧光峰值随出射角度的变化图。

图4d为依照本实用新型一实施例的ws2单层荧光线性度随荧光波长的变化曲线图。

图5a为依照本实用新型实施例的纳米线栅sem图。

图5b为依照本实用新型实施例的纳米线栅对二维晶体禁带荧光偏振性进行调制的装置在te、tm方向的荧光光谱图。

图5c为依照本实用新型实施例的纳米线栅对二维晶体禁带荧光偏振性进行调制的装置荧光峰值随出射角度的变化图。

图5d为依照本实用新型实施例的纳米线栅对二维晶体禁带荧光偏振性进行调制的装置荧光线性度随荧光波长的变化曲线图。

图6为依照本实用新型实施例的v型纳米栅表面结构示意图。

图7a为依照本实用新型实施例的θ＝51°时v型金属纳米栅sem图。

图7b为依照本实用新型实施例的θ＝51°时v型纳米栅te方向白光反射谱图。

图7c为依照本实用新型实施例的θ＝51°时v型纳米栅对二维晶体禁带荧光偏振性进行调制的装置在te、tm方向的荧光光谱图。

图7d为依照本实用新型实施例的θ＝51°时v型纳米栅对二维晶体禁带荧光偏振性进行调制的装置荧光峰值随出射角度的变化图。

图7e为θ＝51°时v型纳米栅对二维晶体禁带荧光偏振性进行调制的装置荧光线性度随荧光波长的变化曲线图。

图8a为依照本实用新型实施例的θ＝63°时v型金属纳米栅sem图。

图8b为依照本实用新型实施例的θ＝63°时v型纳米栅te方向白光反射谱图。

图8c为依照本实用新型实施例的θ＝63°时v型纳米栅对二维晶体禁带荧光偏振性进行调制的装置在te、tm方向的荧光光谱图。

图8d为依照本实用新型实施例的θ＝63°时v型纳米栅对二维晶体禁带荧光偏振性进行调制的装置荧光峰值随出射角度的变化图。

图8e为依照本实用新型实施例的θ＝63°时v型纳米栅对二维晶体禁带荧光偏振性进行调制的装置荧光线性度随荧光波长的变化曲线图。

图9为依照本实用新型实施例的n型纳米栅表面结构示意图。

图10a为依照本实用新型实施例θ＝30°时n型纳米栅sem图。

图10b为依照本实用新型实施例θ＝30°时n型纳米栅te方向白光反射谱图。

图10c为依照本实用新型实施例θ＝30°时n型纳米栅对二维晶体禁带荧光偏振性进行调制的装置在te、tm方向的荧光光谱图。

图10d为依照本实用新型实施例θ＝30°时n型纳米栅对二维晶体禁带荧光偏振性进行调制的装置荧光峰值随出射角度的变化图。

图10e为依照本实用新型实施例θ＝30°时n型纳米栅对二维晶体禁带荧光偏振性进行调制的装置荧光线性度随荧光波长的变化曲线图。

图11a为依照本实用新型实施例θ＝45°时n型纳米栅sem图。

图11b为依照本实用新型实施例θ＝45°时n型纳米栅te方向白光反射谱图。

图11c为依照本实用新型实施例θ＝45°时n型纳米栅对二维晶体禁带荧光偏振性进行调制的装置在te、tm方向的荧光光谱图。

图11d为依照本实用新型实施例θ＝45°时n型纳米栅对二维晶体禁带荧光偏振性进行调制的装置荧光峰值随出射角度的变化图。

图11e为θ＝45°时n型纳米栅对二维晶体禁带荧光偏振性进行调制的装置荧光线性度随荧光波长的变化曲线图。

图12a为θ＝55°时n型纳米栅sem图。

图12b为θ＝55°时n型纳米栅te方向白光反射谱图。

图12c为θ＝55°时n型纳米栅对二维晶体禁带荧光偏振性进行调制的装置在te、tm方向的荧光光谱图。

图12d为依照本实用新型实施例的θ＝55°时n型纳米栅对二维晶体禁带荧光偏振性进行调制的装置荧光峰值随出射角的变化图。

图12e为依照本实用新型实施例的θ＝55°时n型纳米栅对二维晶体禁带荧光偏振性进行调制的装置荧光线性度随荧光波长的变化曲线图。

【符号说明】

1：衬底

2：绝缘层

3：二维晶体单层

4：透光介质层

5：金属纳米超材料

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。

本实用新型提出了一种调制二维晶体禁带荧光偏振性的装置，该装置的结构示意图如图1所示，该装置包括：一高导电材料衬底；在所述高导电材料衬底上形成的一绝缘层；在所述绝缘层上形成的一二维晶体单层；在所述二维晶体单层上形成的一透光介质层；以及在所述透光介质层上形成的具有周期性单元结构的金属纳米超材料。

在本实用新型中，高导电材料衬底是高掺杂硅或金属衬底，厚度为500-750μm。衬底材料灵活多样，具有多重选择性，与硅基光子平台和微纳制备技术有良好的兼容性；绝缘层可以选用sio2、al2o3等氧化物，厚度为270-310nm；二维晶体单层可以选用过渡金属硫族化合物mx2，该类化合物为直接禁带半导体发光，荧光较强。其中m＝mo、w；x＝s、se、te；其厚度小于1nm；透光介质层可以选用al2o3或sio2。该透光介质层将二维晶体与外界隔绝，降低水、氧等因素对二维晶体的影响，有效提高器件寿命。透光介质层的厚度选取与介质的介电常数有关。介电常数越大，介质层厚度越小。因介质层的厚度影响超材料对激发场的共振透射和吸收，故最佳厚度为超材料共振透射峰与泵浦光波长吻合时对应的厚度。本实用新型中，透光介质层厚度为10-50nm；金属纳米结构超材料可以选用金、银、铝等金属材料，其厚度为30-100nm。

由于该装置采用的超材料尺寸小、不受光学衍射极限限制、且适合片上定点集成，使得该装置的尺寸灵活可调，适用于微纳光源调制。可调控的最小面积由超材料结构单元决定，在百纳米平方量级，为芯片级光子器件、系统和功能开发提供器件基础。

由于超材料表面等离激元共振是光与超材料表面电子的集体共振行为，不受温度影响，因此本实用新型提出的偏振调制方法有效拓宽温度适用范围；同时，该调制方法可拓宽线性度可调范围。通过优化结构设计，调节超材料共振模与二维晶体荧光之间的的耦合程度，产生不同线性度的荧光信号。

本实用新型提供的调制二维晶体禁带荧光偏振性的装置，所述装置的制备方法流程图如图2所示，具体包括：

步骤s201：提供一高导电材料衬底；

步骤s202：在所述高导电材料衬底上氧化一绝缘层；

步骤s203：在所述绝缘层上沉积一二维晶体单层；

步骤s204：在所述二维晶体单层上蒸镀一透光介质层；

步骤s205：在所述透光介质层上旋涂电子束负胶；

步骤s206：对负胶进行曝光，曝光后进显影；

步骤s207：在显影后的负胶上蒸镀一金属层；以及

步骤s208：除去剩余负胶得到的在透光介质层上的具有周期性单元结构的金属纳米超材料。

其中，所述高导电材料衬底是高掺杂硅或金属衬底，厚度为500-750μm；

其中，所述绝缘层是sio2或al2o3，厚度为270-310nm，通过湿法氧化方法形成于高导电材料衬底之上；

其中，所述二维晶体单层为过渡金属硫族化合物mx2，其中m＝mo、w；x＝s、se、te；

其中，所述二维晶体单层厚度小于1nm，通过化学气相沉积法将所述二维晶体单层沉积于所述绝缘层上；

其中，所述透光介质层为al2o3或sio2，厚度为10-50nm，通过电子束蒸镀法蒸镀于二维晶体单层之上；

其中，所述电子束负胶为ma2403；

其中，所述金属纳米结构超材料是金、银、铝的纳米结构材料，厚度为30-100nm，通过电子直写技术制备得到；

其中，所述具有周期性单元结构的金属纳米超材料，具有线型、v型或n型结构，且v型或n型结构与水平方向的夹角为空气隙倾角θ。

为了验证本实用新型提出的调制二维晶体禁带荧光偏振性的装置对二维晶体禁带荧光偏振性的调制作用，对本实用新型提出的装置进行了如图3所示的测试和计算过程，具体包括：

步骤s301：用50x物镜将泵浦光汇聚到样品上，激发二维晶体单层发出荧光，同时对荧光信号进行收集。首先是荧光像采集，在普通光学显微镜上搭载激发光路、边带滤光片和高灵敏成像ccd形成成像系统进行荧光像的采集。

步骤s302：对样品在te/tm方向的出射荧光谱进行采集。其中，te/tm方向指与泵浦激光偏振平行/垂直的方向。该步骤中，采用了荧光光谱仪(andorsr-500)对荧光信号进行采集。采集时需要在带通滤波片前放置检偏器，通过转动检偏器完成不同偏振方向的荧光采集。

步骤s303：测量样品荧光在0°-360°出射角范围内的光谱，并绘制荧光峰值随出射角度的变化图。

步骤s304：通过公式l＝(ite-itm)/(ite+itm)计算荧光线性度，并绘制荧光线性度随荧光波长的关系曲线图。

实施例1：ws2单层荧光偏振性测试

首先，在sio2/si衬底上，通过化学气相沉积生成ws2单层：将硫和钨的粉末分别加热到产生蒸汽，利用氩气作为载气将蒸汽带到洁净的衬底上沉积生长得到ws2单层。

图4a是该ws2单层的光学显微成像。图4b是通过步骤s302测试得到的在te、tm方向的出射荧光光谱。由图4b可知，该样品在te、tm的方向荧光光强相等，ws2单层的荧光峰在～630nm，半高宽～30nm，禁带宽度为1.9-2.0ev。图4c是通过步骤s303测试得到的荧光谱随出射角的变化图。由图4c可知，该样品在各个出射角的光强相等。图4d为通过步骤s304测试得到的荧光线性度随荧光波长的变化曲线，由图4d可知，该样品在禁带范围内的荧光线性度为～0。

实施例2：ag纳米线栅对ws2禁带荧光偏振性进行调制的装置

由于本实用新型提出的调制方法是基于超材料表面等离激元共振原理，该原理是受超材料形状的影响，为此实例中设计了三种形状的金属纳米超材料对荧光线性度进行调制，分别是纳米线栅、v型纳米栅和n型纳米栅。

单元结构周期的选择根据二维晶体荧光波长来确定。例如，n、v型纳米结构在te、tm极化方向的周期可分别定为200nm和400nm，这样，超材料表面等离激元共振会在单层ws2荧光波长～630nm附近产生。进一步对结构单元内空气隙的倾角进行调节，可以将共振响应调至荧光波长处，从而实现超材料与二维晶体较高程度的耦合。

所述三种金属纳米超材料，在tm、te方向具有不同的周期。其中线栅结构tm方向周期为600-800nm；n、v型纳米栅te方向的周期为150-300nm，tm方向的周期为300-600nm。n、v形纳米结构较线栅结构具有更多可调的结构维度，特别是结构单元内空气隙倾角θ。本实用新型通过调节θ对共振位置进行精确调节。

下面针对纳米线栅、v型纳米栅和n型纳米栅三种结构对二维晶体禁带荧光偏振性进行调制的装置及荧光线性度测试过程进行详细描述。

(一)ag纳米线栅对ws2禁带荧光偏振性进行调制的装置

首先在si衬底上，通过湿法氧化得到一层sio2绝缘层；接着在绝缘层上，利用化学气相沉积法生长一层ws2单层；然后在单层上，用电子束镀膜仪蒸镀得到一层al2o3透光介质层；再在透光介质层上，旋涂电子束负胶ma2403；采用电子束直写技术对负胶ma2403进行曝光，用聚焦的电子束将结构写在负胶上；显影后保留被曝光的负胶ma2403；最后经过金属蒸镀和除胶过程，形成ag纳米超材料，制得纳米线栅-ws2单层荧光偏振调制装置，其中，图5a是该结构中ag纳米线栅的sem图。银纳米线栅的周期和线宽b＝600nm，w＝480nm。

图5b是通过步骤s302测试得到的纳米线栅-ws2单层禁带荧光偏振调制装置在te、tm方向的出射荧光谱。由图5b可知，纳米线栅-ws2单层禁带荧光偏振调制装置在tm方向的荧光强度为te方向的40％。图5c是通过步骤s303测试得到的荧光峰值随出射角的变化规律。由图5c可知，荧光出现线偏性，偏振方向与纳米线栅平行。图5d是通过步骤s304测试得到的荧光线性度随荧光波长的变化曲线。由图5d可知，虽然荧光峰在630nm，荧光线性度并没有在该位置处增强，而是表现出宽谱响应。这是线栅的宽谱共振引起的。

(二)v型ag纳米栅对ws2禁带荧光偏振性进行调制的装置

首先在si衬底上，通过湿法氧化得到一层sio2作为绝缘层；接着在绝缘层上，利用化学气相沉积法生长一层ws2单层；然后在单层上，用电子束镀膜仪蒸镀一层al2o3透光介质层；再在透光介质层上，旋涂电子束负胶ma2403；采用电子束直写技术对负胶ma2403进行曝光，用聚焦的电子束将结构写在负胶上；显影后保留被曝光的负胶ma2403；最后经过金属蒸镀和除胶过程，形成ag纳米结构制得该装置，其中，图6为该结构中v型ag纳米线栅的结构图。其中，纳米栅的周期和线宽a＝200nm，b＝400nm；s＝50nm，空气隙的倾角θ是变量。

下面针对θ＝51°和θ＝63°时，进行了v型纳米栅-ws2单层耦合装置荧光偏振性测量。

(1)θ＝51°

图7a是θ＝51°时v型纳米栅的sem图。图7b是该装置在te方向的白光反射谱，600-650nm的反射谷代表该装置的表面等离激元共振位置。图7c是通过步骤s302测试得到的该装置在te、tm方向的荧光谱。由图7c可知，tm方向的荧光强度仅为te方向的25％，相比纳米线栅-ws2耦合装置，te、tm强度差变大。图7d是通过步骤s303测试得到的荧光峰值随出射角的变化规律。由图7d可知，荧光出现较强的线偏性，偏振方向与v型栅长轴平行。图7e是通过步骤s304测试得到的荧光线性度随荧光波长的变化曲线，图中峰值位于～625nm处，与表面等离激元共振位置吻合，线性度高达～60％。650nm波长后荧光线性度依然很高，这是由于ws2在此范围的杂质荧光受到超材料调制所致。

(2)θ＝63°

图8a是θ＝63°时v型纳米栅的sem图。图8b是该装置在te方向的白光反射谱，650nm附近的反射谷代表了v型纳米栅结构的表面等离激元共振位置。图8c是通过步骤s302测试得到的该装置在te、tm方向的荧光谱，光谱结果显示两垂直方向荧光光强出现较大差异。图8d是通过步骤s303测试得到的荧光峰值随出射角的变化规律，由图8d可知，荧光出现较强线偏性，偏振方向与v型栅长轴平行。图8e是通过步骤s304测试得到的荧光线性度随荧光波长的变化曲线，由图8e可知，其线性度在640nm附近有个明显的峰，峰值～60％，峰外线性度降低很快。这是因为当θ＝63°时，v型纳米栅在te方向的表面等离激元共振发生在650nm附近，仅对此处的荧光信号起到较强调制。高背景荧光出现的原因可能是除胶过程不佳，余留残胶发光所致。

(三)n型ag纳米栅对ws2禁带荧光偏振性进行调制的装置

首先在si衬底上，通过湿法氧化得到一层sio2绝缘层；接着在绝缘层上，利用化学气相沉积法生长一层ws2单层；然后在单层上，用电子束镀膜仪蒸镀一层al2o3透光介质层；再在透光介质层上，旋涂电子束负胶ma2403，用聚焦的电子束将结构写在负胶上；采用电子束直写技术对负胶ma2403进行曝光；显影后保留被曝光的负胶ma2403；最后经过金属蒸镀和除胶过程，形成ag纳米结构，制得该装置，其中，图9为该结构中n型ag纳米线栅的结构图。该结构中纳米栅的周期和线宽a＝200nm，b＝400nm；s＝50nm，空气隙的倾角θ是变量。

下面针对θ＝30°、θ＝45°、θ＝55°时，n型纳米栅-ws2单层耦合装置进行荧光偏振性测试。

(1)θ＝30°

图10a是θ＝30°时n型纳米栅的sem图。图11b是该装置在te方向的白光反射谱，由此可知表面等离激元共振位置在570nm处。图10c是通过步骤s302测试得到的该装置在te、tm方向的荧光谱。由图10c可知，两垂直方向荧光光强出现较大差异，背景荧光很高。图10d是通过步骤s303测试得到的荧光峰值随出射角的变化图，由此可知，荧光出现线偏性，但不强，偏振方向与n型栅长轴平行。图10e是通过步骤s304测试得到的荧光线性度随荧光波长的变化曲线，在荧光峰630nm附近的线性度不足40％，原因是当θ＝30°时，n型栅的表面等离激元共振位置在570nm处，与荧光峰位置偏差较大，因此共振场对荧光场的偏振影响弱。高背景荧光出现的原因是θ小，出射荧光弱，信噪比低。

(2)θ＝45°

图11a是θ＝45°时n型纳米栅的sem图。图11b是该装置在te方向的白光反射谱，由此可知表面等离激元共振位置在630nm处。图11c通过步骤s302测试得到的该装置在te、tm方向的荧光谱。由图11c可知，两垂直方向荧光光强出现最大差异。同时出射荧光信号强、背景弱，信噪比高。图11d是通过步骤s303测试得到的荧光峰值随出射角的变化图，由图可知，荧光出现超强线偏振性，偏振方向与n型栅长轴平行。图11e是通过步骤s304测试得到的荧光线性度随荧光波长的变化曲线。由该变化曲线可知，在荧光峰630nm附近的线性度为～80％。该结构出现超强线性度的原因是当θ＝45°时，n型纳米栅在te方向的表面等离激元共振正好位于荧光波长处，对荧光场的调制能力最强。在此模式驱动下，te方向的荧光顺利透过纳米空隙，而tm方向荧光被抑制，从而出现高荧光线性度。

(3)θ＝55°

图12a是θ＝55°n型纳米栅的sem图。图12b是该装置在te方向的白光反射谱，由此可知表面等离激元共振位置在660nm处。图12c是通过步骤s302测试得到的该装置在te、tm方向的出射荧光谱。由图12c可知，两垂直方向荧光光强出现很大差异，同时出射荧光信号强、背景弱，信噪比高。由于tm方向的荧光抑制能力减弱，相比θ＝45°的n型栅，荧光光强在te/tm方向的差异有所减少。图12d是通过步骤s303测试得到的荧光峰值随出射角的变化图，由图可知，荧光出现强线偏振性，偏振方向与n型栅长轴平行。图12e是通过步骤s304测试得到的荧光线性度随荧光波长的变化曲线。由图可知，在荧光峰630nm附近的线性度为～60％，荧光峰外线性度降低较快。该结构的表面等离激元共振位置在～660nm，与ws2集成后产生的荧光线性度介于θ＝30°和θ＝45°时的n型栅之间，表明改变角度可改变表面等离激元共振位置，同时调节荧光线性度。

实施例3：

除上述体系，可优先选取的二维晶体还有单层wse2。wse2单层具有更高的量子效率和较长的荧光波长750nm。由该wse2单层制备超材料-二维晶体禁带荧光偏振性调制装置的结构与过程和实施例2相同，所选纳米结构周期要根据荧光波长来确定，所选介质层厚度由激发光波长决定，制定原则已在技术方案简介中说明。通常波长增加，金属耗散减小，表面等离激元共振响应增强，对荧光线性度调制效果越好。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。