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专利号: 2020111473019
申请人: 江南大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于超薄金属薄膜实现宽带光吸收增强的吸波装置,其特征在于,该吸波装置的结构从下至上依次由金属基底和金属微结构阵列构成;所述金属微结构由光刻胶微结构阵列以及包裹光刻胶微结构阵列的超薄金属膜层组成;所述超薄金属膜层的厚度大于入射光的趋肤深度;

所述超薄金属膜层中的金属选自金、银、铝;

当入射光照射到所述吸波装置的表面时,由于所述金属微结构阵列激发的表面等离激元共振效应,不同波长光波电场在所述金属微结构阵列中不同部分的表面被高度局域并显著增强,仅通过调节所述金属微结构阵列的尺寸和深度以在宽波段实现阻抗匹配,实现宽带减反射效果;

其中,所述金属微结构阵列的尺寸和深度的调整范围为:所述金属微结构阵列的周期和深度均小于入射光波长,所述金属微结构阵列的长和宽均小于其周期;在上述范围内,所述金属微结构阵列的尺寸和深度所构成的结构参数,采用FDTD或FEM方法,计算所述金属微结构阵列对应的阻抗Z等于1。

2.根据权利要求1所述的吸波装置,其特征在于,所述吸波装置的结构的基本单元包含一个T型金属微结构;所述T型金属微结构由T型光刻胶微结构及其表面包裹一层所述超薄金属膜层组成,所述超薄金属膜层的厚度大于入射光的趋肤深度;所述T型金属微结构形成阵列结构置于所述金属基底上;

所述T型金属微结构的具体参数:周期Px=Py=P=300nm,所述金属基底的厚度hs=

100nm,所述T型光刻胶微结构的深度hd=130nm,所述超薄金属膜层厚度hm=20nm,所述T型光刻胶微结构的横条的长L1=180nm,所述T型光刻胶微结构的横条的宽W1=20nm,所述T型光刻胶微结构的纵条的长L2=130nm,所述T型光刻胶微结构的纵条的宽W2=30nm。

3.根据权利要求1所述的吸波装置,其特征在于,通过利用金属膜层的表面等离激元共振实现电场的高度局域和增强,进而实现光的吸收增强;金属膜层中的金属选自金、银、铬、镍、铝。

4.根据权利要求1‑3任一所述的吸波装置,其特征在于,光刻胶微结构阵列可以有效降低结构中金属膜层的厚度,进而降低器件的制备难度,而包裹光刻胶微结构的超薄金属膜层不仅可以保护器件表面,同时可以保障器件良好的宽带光吸收性能。

5.根据权利要求1‑3任一所述的吸波装置,其特征在于,宽带光吸收效应具有极高的制备容差,当结构参数、入射角和偏振角发生显著变化,器件仍然保持良好的光吸收性能。

6.根据权利要求1‑3任一所述的吸波装置,其特征在于,光刻胶微结构阵列包括T型光刻胶微结构阵列、矩形光刻胶微结构阵列、十字架光刻胶微结构阵列。

7.一种利用权利要求1‑6任一项所述的吸波装置实现宽带光吸收增强的方法,其特征在于,利用吸波装置的金属膜层的表面等离激元共振实现光吸收增强,通过光刻胶微结构显著降低结构中金属膜层的厚度,通过调节光刻胶微结构的尺寸和深度以实现阻抗匹配,实现宽带光吸收增强。

8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,利用吸波装置中的金属微结构的表面等离激元共振实现光的吸收增强,适用波段为能够激发金属微结构表面等离激元共振的波段,波长范围覆盖可见光至中红外波段。

9.权利要求1‑6任一项所述的吸波装置在光电探测、光热转化、太阳能电池、荧光光谱、光学传感、高次谐波激发方面中的应用。