一种具有手性偏振选择性的微腔及其制备方法和应用与流程

1.本发明属于微纳光子技术领域，特别涉及一种具有手性偏振选择性的微腔及其制备方法和应用。


背景技术：

2.在微腔中，半导体辐射出的激子与微腔模式发生耦合，产生激子极化激元。由于半导体材料的谷极化特性，不同谷极化的激子会被不同手性偏振(左旋偏振和右旋偏振)的入射光激发，在微腔中产生不同手性偏振的激子极化激元。然而，目前的微腔结构基本是由分布布拉格反射镜和金属反射镜构成的法布里
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珀罗微腔，并不具有手性偏振选择性。为了获得不同手性偏振的激子极化激元，人们通常是在微腔前面加入偏振片，使得入射光变成手性偏振的，再在微腔中激发出不同手性偏振的激子极化激元。这样就会增加光路的复杂度，难以做到器件的集成和测试的简便性。


技术实现要素：

3.为了克服现有微腔存在的不具有手性偏振选择性的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种具有手性偏振选择性的微腔。该具有手性偏振选择性的微腔能够简化光路，减少对外部条件的依赖，提高测试的简便性，提高器件的集成度。
4.本发明的又一目的在于提供一种上述具有手性偏振选择性的微腔的制备方法。
5.本发明的再一目的在于提供一种上述具有手性偏振选择性的微腔的应用。
6.本发明的目的通过下述技术方案实现：
7.一种具有手性偏振选择性的微腔，所述具有手性偏振选择性的微腔自下而上依次包括衬底、金属反射镜、介质层和手性超材料。
8.所述衬底为硅、石英或蓝宝石；所述金属反射镜为银或铝；所述介质层为氧化硅、氧化钛或氧化铝，介质层的厚度为100nm～2000nm。
9.所述手性超材料为周期性阵列微纳结构，材料为金。
10.所述手性超材料的单个阵列周期的形状为f形，或者f进行任意角度的旋转或者翻转后得到的形状，其具体尺寸为：f形竖边的长l1为10nm～1000nm，f形竖边的宽w1为10nm～1000nm，f形外横线的长l2为10nm～1000nm，f形外横线的宽w2为10nm～1000nm，f形中横线的长l3为10nm～1000nm，f形中横线的宽w3为10nm～1000nm，f形外横线与中横线之间的宽w4为10nm～1000nm，横向的周期x为100nm～2000nm，纵向的周期y为100nm～2000nm，厚度为10nm～1000nm。
11.上述的一种具有手性偏振选择性的微腔的制备方法，包括以下操作步骤：
12.(1)先在衬底上利用电子束蒸发技术镀一层金属反射镜；
13.(2)在金属反射镜上利用电子束蒸发技术镀介质层；
14.(3)利用电子束光刻和电子束蒸发技术，在介质层上面镀手性超材料，手性超材料为周期性阵列微纳结构，单个阵列周期的形状为f型，尺寸分别为：f形竖边的长l1为10nm～
1000nm，f形竖边的宽w1为10nm～1000nm，f形外横线的长l2为10nm～1000nm，f形外横线的宽w2为10nm～1000nm，f形中横线的长l3为10nm～1000nm，f形中横线的宽w3为10nm～1000nm，f形外横线与中横线之间的宽w4为10nm～1000nm，横向的周期x为100nm～2000nm，纵向的周期y为100nm～2000nm，厚度为10nm～1000nm。
15.上述的一种具有手性偏振选择性的微腔在微纳光子技术领域中的应用。
16.本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
17.本发明不需要在入射光处加入偏振片，就能够实现微腔的手性偏振选择性，因此简化了光路，减少对外部条件的依赖，提高测试的简便性，提高器件的集成度。
附图说明
18.图1是本发明实施例1和实施例2中具有手性偏振选择性的微腔的截面结构示意图，其中1为衬底，2为金属反射镜，3为介质层，4为手性超材料。
19.图2是本发明实施例1中手性超材料的平面结构示意图。
20.图3是本发明实施例1中手性超材料对不同手性偏振光的反射率光谱图。
21.图4是本发明实施例2中手性超材料的平面结构示意图。
22.图5是本发明实施例2中手性超材料对不同手性偏振光的反射率光谱图。
具体实施方式
23.下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
24.实施例1
25.一种具有手性偏振选择性的微腔，如图1所示，自下而上依次包括衬底1、金属反射镜2、介质层3和手性超材料4。该具有手性偏振选择性的微腔的制备包括以下步骤：
26.第一步，先在衬底1上利用电子束蒸发技术镀一层高反射率的金属反射镜2；其中，衬底1所用材料是硅，金属反射镜2所用材料是银，厚度为800nm。
27.第二步，在金属反射镜2上利用电子束蒸发技术镀介质层3；其中，介质层3所用材料是氧化硅，厚度为233nm。
28.第三步，利用电子束光刻和电子束蒸发技术，在介质层3上面镀手性超材料4；其中，手性超材料4所用材料是金，厚度为220nm，其形状如图2所示，为f形，各尺寸分别为：f形竖边的长l1为350nm，f形竖边的宽w1为100nm，f形外横线的长l2为230nm，f形外横线的宽w2为80nm，f形中横线的长l3为230nm，f形中横线的宽w3为70nm，f形外横线与中横线之间的宽w4为65nm，横向的周期x为500nm，纵向的周期y为500nm。
29.图3是该实施例中手性超材料对不同手性偏振光的反射率光谱图，从图中可以看出，在波长为680nm附近，手性超材料对左旋偏振光的反射率接近于0，而对右旋偏振光的反射率为79％。因此，对于右旋偏振光而言，手性超材料4和金属反射镜2可以构成微腔的两个高反射率面，即该实施例可以构成具有右旋偏振选择性的微腔。
30.实施例2
31.一种具有手性偏振选择性的微腔，如图1所示，自下而上依次包括衬底1、金属反射镜2、介质层3和手性超材料4。该具有手性偏振选择性的微腔的制备包括以下步骤：
32.第一步，先在衬底1上利用电子束蒸发技术镀一层高反射率的金属反射镜2；其中，衬底1所用材料是石英，金属反射镜2所用材料是铝，厚度为1000nm。
33.第二步，在金属反射镜2上利用电子束蒸发技术镀介质层3；其中，介质层3所用材料是氧化钛，厚度为149nm。
34.第三步，利用电子束光刻和电子束蒸发技术，在介质层3上面镀手性超材料4；其中，手性超材料4所用材料是金，厚度为200nm，其形状如图4所示，为倒f形，各尺寸分别为：倒f形竖边的长l1为375nm，倒f形竖边的宽w1为100nm，倒f形外横线的长l2为230nm，倒f形外横线的宽w2为200nm，倒f形中横线的长l3为10nm，倒f形中横线的宽w3为10nm，倒f形外横线与中横线之间的宽w4为10nm，横向的周期x为500nm，纵向的周期y为550nm。
35.图5是该实施例中手性超材料对不同手性偏振光的反射率光谱图，从图中可以看出，在波长为716nm附近，手性超材料对左旋偏振光的反射率为75％，而对右旋偏振光的反射率仅为6％。因此，对于左旋偏振光而言，手性超材料4和金属反射镜2可以构成微腔的两个高反射率面，即该实施例可以构成具有左旋偏振选择性的微腔。
36.上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。