一種選擇吸收濾光結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】一種選擇吸收濾光結(jié)構(gòu)，包括：基底，位于基底上的介質(zhì)微納單元，位于介質(zhì)微納單元上的金屬層，金屬層全覆蓋在介質(zhì)微納單元上，即介質(zhì)微納單元的脊部、槽部以及側(cè)壁上都覆蓋有金屬層，所述金屬層的介電常數(shù)的虛部需大于介電常數(shù)的實部的絕對值。該濾光結(jié)構(gòu)具有較高的吸收效率，且對入射光的角度和偏振態(tài)不敏感。同時制備工藝簡單，易于實現(xiàn)。該結(jié)構(gòu)可應(yīng)用在太陽能電池中捕獲更多的能量，也能為無油墨印刷中實現(xiàn)黑色提供解決方案，改變必須使用顏料才能實現(xiàn)黑色印刷的傳統(tǒng)觀念。
【專利說明】一種選擇吸收濾光結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光學(xué)濾光元件，具體涉及一種選擇吸收濾光結(jié)構(gòu)，可應(yīng)用于光顯示、光伏、太陽能電池和無油墨印刷等領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]選擇吸收主要應(yīng)用在隱身、熱發(fā)射、光顯示、光伏、太陽能電池和無油墨印刷等領(lǐng)域。如:(1)在印刷領(lǐng)域，傳統(tǒng)的印刷技術(shù)是在紙張、塑料等材料表面通過不同顏色的油墨印刷出圖像和色彩。存在的問題是:易于褪色，且油墨中包括芳香烴、重金屬、苯、酮類等有害物質(zhì)，在油墨的生產(chǎn)和印刷的過程中，對操作人員和環(huán)境的危害性很高?，F(xiàn)有的設(shè)計主要集中于設(shè)計微納米結(jié)構(gòu)實現(xiàn)品紅色、青色和黃色，對實現(xiàn)黑色的結(jié)構(gòu)討論很少。若想實現(xiàn)黑色，必須實現(xiàn)對寬波段(波長400?700nm范圍)光的高效率吸收，且吸收特性對入射光的偏振態(tài)和入射角不敏感。(2)在太陽能電池領(lǐng)域，通過選擇吸收，可以增強太陽光能量的捕獲。
[0003]人們采用打孔的金屬膜、光柵結(jié)構(gòu)和人工電磁介質(zhì)材料等實現(xiàn)選擇吸收。MarcusDiem等在Physics Review B79, 033101，2009中采用金屬光柵-介質(zhì)-金屬膜三層結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了太赫茲波段寬角度窄帶選擇吸收。仇旻等針對可見光波段設(shè)計了基于金屬光柵-介質(zhì)-金屬膜結(jié)構(gòu)的窄帶吸收器，該結(jié)構(gòu)在特定波長(如583nm)實現(xiàn)選擇吸收。2008年Landy[l]等實現(xiàn)了一種基于人工電磁介質(zhì)材料的電磁諧振吸收器，通過合理設(shè)計器件的物理尺寸及材料參數(shù)，能夠與入射電磁波的電磁分量產(chǎn)生耦合，使得特定頻率的電磁波既不產(chǎn)生反射也不產(chǎn)生透射，從而實現(xiàn)窄帶選擇吸收。專利“一種寬波段的近選擇吸收結(jié)構(gòu)”(200910243544.X)中提出采用金屬球粒子_介質(zhì)-金屬膜三層結(jié)構(gòu)，通過優(yōu)化粒子的直徑d及分布周期P，實現(xiàn)了吸收帶寬的擴展，實現(xiàn)了可見光波段范圍內(nèi)的寬波段選擇吸收。
[0004]現(xiàn)有的技術(shù)存在的問題是:(I)設(shè)計的結(jié)構(gòu)大都工作在單一波長，其它波長處吸收效率明顯下降，但是對用于隱身、熱發(fā)射以及能量轉(zhuǎn)換來說寬帶吸收更有使用價值；(2)對入射光的偏振態(tài)敏感，且在寬角度入射角變化范圍吸收效率退化嚴(yán)重；(3)當(dāng)前的選擇吸收器主要針對微波段和太赫茲波段，主要應(yīng)用在探測中，限制了在其它領(lǐng)域的應(yīng)用。隨著微納米加工技術(shù)的發(fā)展，對可見光波段的吸收器的設(shè)計與制備將逐漸成為研究的熱點。Honghui Shen等在太陽能電池中采用兩層銀光柵復(fù)合結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了 400?600nm波段對入射角度不敏感的吸收。Mehdi Keshavarz Hedayati [2]等采用金屬層和納米混合物實現(xiàn)了從紫外到400?600nm波段幾乎100%的吸收。這兩種結(jié)構(gòu)雖然實現(xiàn)了寬波段寬入射角變化范圍選擇吸收，但是制備工藝復(fù)雜。
[0005]參考文獻:
[0006][I]Landy N I, Sajuyigbe S，Mock J J, Smith D R, Padilla W J2008, Phys.Rev.Lett.，100，207402
[0007][2]Mehdi Keshavarz Hedayati,Mojtaba Javaherirahim,Babak Mozoonietc., “Design of a Perfect Black Absorber at Visible Frequencies Using PlasmonicMetamaterials，，, Advanced Materials, 23, 5410-5414，2011。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種針對可見光波段的寬帶選擇吸收濾光結(jié)構(gòu)，在寬入射角度變化范圍吸收效率高(大于75%，最高可達90%)，且對入射光的偏振態(tài)不敏感。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的目的提出的一種選擇吸收濾光結(jié)構(gòu)，包括:基底，位于基底上的介質(zhì)微納單元，位于介質(zhì)微納單元上的金屬層，金屬層全覆蓋在介質(zhì)微納單元上，即介質(zhì)微納單元的脊部、槽部以及側(cè)壁上都覆蓋有金屬層，其中所述金屬層的介電常數(shù)的虛部需大于介電常數(shù)的實部的絕對值。
[0010]優(yōu)選的，所述基底為透明柔性材料。
[0011]優(yōu)選的，所述金屬層的材質(zhì)為鎳、鉻或鈦。
[0012]優(yōu)選的，所述介質(zhì)微納單元的排列為周期性或者準(zhǔn)周期性排列。
[0013]優(yōu)選的，所述介質(zhì)微納單元的排列為周期性排列時，排列方式可以是四邊形或蜂窩形，微納單元的形狀可以是納米正方形柱子、納米圓形柱子、納米三角形柱子、納米橢圓形柱子中的一種。
[0014]優(yōu)選的,所述介質(zhì)微納單元的周期小于400nm。
[0015]本發(fā)明針對可見光波段，設(shè)計出一種寬波段選擇吸收濾光結(jié)構(gòu)，在寬入射角度變化范圍吸收效率高(大于75%)，且對入射光的偏振態(tài)不敏感。該結(jié)構(gòu)由基底、介質(zhì)光柵和金屬膜構(gòu)成，由于整個結(jié)構(gòu)在寬波段范圍內(nèi)的等效阻抗與真空阻抗匹配，反射電磁被抑制，且由于金屬層的厚度較厚，電磁波也無法透射，從而形成寬帶選擇吸收。該結(jié)構(gòu)只需在基底上制備介質(zhì)光柵，再鍍金屬膜即可實現(xiàn)，制備工藝簡單，易于實現(xiàn)。
[0016]該結(jié)構(gòu)可應(yīng)用在太陽能電池中捕獲更多的能量，也能為無油墨印刷中實現(xiàn)黑色提供解決方案，改變必須使用顏料才能實現(xiàn)黑色印刷的傳統(tǒng)觀念。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0018]圖1為本發(fā)明設(shè)計的選擇吸收濾光結(jié)構(gòu)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2A-2C為本發(fā)明實施例中選擇吸收濾光結(jié)構(gòu)的四邊形排列的納米正方形柱子、四邊形排列的納米圓形柱子和蜂窩形排列的納米圓形柱子示意圖。
[0020]圖3為本發(fā)明實施例一中選擇吸收濾光結(jié)構(gòu)的TM光的吸收光譜與入射波長、周期的關(guān)系圖。
[0021]圖4為本發(fā)明實施例一中選擇吸收濾光結(jié)構(gòu)的TE光的吸收光譜與入射角度、入射波長的關(guān)系圖。
[0022]圖5為本發(fā)明實施例二中選擇吸收濾光結(jié)構(gòu)的TM光的吸收光譜與入射波長、周期的關(guān)系圖。
[0023]圖6為本發(fā)明實施例二中選擇吸收濾光結(jié)構(gòu)的TE光的吸收光譜與入射角度、入射波長的關(guān)系圖。
[0024]圖7為本發(fā)明實施例三中選擇吸收濾光結(jié)構(gòu)的TM光的吸收光譜與入射波長、周期的關(guān)系圖。
[0025]圖8為本發(fā)明實施例三中選擇吸收濾光結(jié)構(gòu)的TE光的吸收光譜與入射角度、入射波長的關(guān)系圖。
[0026]圖9為本發(fā)明實施例四中選擇吸收濾光結(jié)構(gòu)的TM光的吸收光譜與入射波長、周期的關(guān)系圖。
[0027]圖10為本發(fā)明實施例四中選擇吸收濾光結(jié)構(gòu)的TE光的吸收光譜與入射角度、入射波長的關(guān)系圖。
[0028]圖11為金屬鎳在可見光波段的介電常數(shù)關(guān)系圖。
[0029]圖12為金屬鉻在可見光波段的介電常數(shù)關(guān)系圖。
[0030]圖13為本發(fā)明第五實施方式中選擇吸收濾光結(jié)構(gòu)的TM光的吸收光譜圖。
[0031]圖14為本發(fā)明第六實施方式中選擇吸收濾光結(jié)構(gòu)的TM光的吸收光譜圖。
[0032]圖15為金屬鋁在可見光波段的介電常數(shù)關(guān)系圖。
[0033]圖16為比較例中選擇吸收濾光結(jié)構(gòu)的吸收光譜、反射光譜和透射光譜圖。
【具體實施方式】
[0034]本發(fā)明提出的選擇吸收濾光結(jié)構(gòu)的剖面結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括基底110、介質(zhì)微納單元120和金屬層130。該基底110為柔性透明材料，比如聚碳酸酯(PC)、聚氯乙烯(PVC)、聚酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚丙烯(BOPP)等。在基底110為柔性材料的情況下，可以使用卷對卷納米壓印的方式，方便整個濾光結(jié)構(gòu)的制作。介質(zhì)微納單元的排列為周期性或者準(zhǔn)周期性排列，介質(zhì)微納單元的排列為周期性排列時，排列方式可以是四邊形、蜂窩形等，微納單元的形狀可以是納米正方形柱子(光柵)、納米圓形柱子、納米三角形柱子、納米橢圓形柱子等。例如:四邊形排列的納米正方形柱子參見圖2A，四邊形排列的納米圓形柱子參見圖2B，蜂窩形排列的納米圓形柱子參見圖2C。微納單元的周期小于400nm。該介質(zhì)微納單元可以是與基底110同樣的材質(zhì)，即制作時直接在基底上面通過壓印或刻蝕的方式得到該介質(zhì)微納單元。該介質(zhì)微納單元也可以是與基底不一樣的材質(zhì)，此時可以通過各種外延工藝比如化學(xué)氣相沉積、分子束外延、磁控濺射、熱氧化等方式基底表面制作得到，然而通過壓印或刻蝕的方式得到微納結(jié)構(gòu)。在金屬層130全覆蓋在介質(zhì)微納單元120上，即介質(zhì)微納單元120的脊部、槽部以及側(cè)壁上都覆蓋有金屬層130。為了防止金屬層130填滿介質(zhì)微納單元的凹槽中，其厚度要小于介質(zhì)微納單元槽寬的一半，較佳地，該金屬層130的厚度為15nm至30nm。在本發(fā)明的選擇吸收濾光結(jié)構(gòu)中，金屬層材料的選擇對選擇吸收濾光結(jié)構(gòu)的帶寬起決定作用。當(dāng)金屬層的介電常數(shù)的虛部大于介電常數(shù)的實部的絕對值時(介電常數(shù)的實部為負(fù))，通過選擇合適的介質(zhì)微納單元的周期、厚度、占空比，就能實現(xiàn)寬帶(400?700nm)寬角度變化范圍(O?45度)高效率吸收(大于75%，最高可達90%)，且對入射光的偏振態(tài)不敏感。這種全覆蓋式的金屬層，可以實現(xiàn)將更多的光局限在此結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)致整個可見光波段的光波高效率吸收，可提高光能的利用率。且該結(jié)構(gòu)只需在基底上制備介質(zhì)微納單元，再鍍金屬膜即可實現(xiàn)，制備工藝簡單，易于實現(xiàn)。
[0035]如圖1所示，介質(zhì)微納單元120的周期為p，脊部寬度為W，占寬比F=w/p，厚度為hl，金屬層130厚度為h2。下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步描述，這些例舉的實施例中，雖然只涉及了金屬鎳和金屬鉻，然而其它符合本發(fā)明要求的金屬也應(yīng)當(dāng)在本發(fā)明所主張的保護中，比如金屬鈦等，因此本發(fā)明對其它符合本發(fā)明要求的金屬將不一一進行例舉。
[0036]實施例一:
[0037]本實施方式列舉了以鎳為金屬層的情況，鎳的介電常數(shù)如圖11所示，其中實線代表介電常數(shù)中的實部，虛線代表虛部，可以看到鎳的介電常數(shù)的實部和虛部在可見光波段范圍內(nèi)滿足本發(fā)明的要求，即虛部大于實部的絕對值。參見圖1，在本實施例中，基底110為柔性材料，具體為PET或者PC。介質(zhì)微納單元120為四邊形排列的納米正方形柱子，如圖2(a)所示。金屬層130為鎳。進一步的,介質(zhì)微納單元的周期P = 220nm,占空比F = 0.4,厚度hl=100nm。金屬層厚度h2=20nm。
[0038]采用嚴(yán)格耦合波理論(RCWA)對選擇吸收濾光結(jié)構(gòu)的吸收特性及角度寬容性進行分析。由于金屬層的表面等離子體共振現(xiàn)象和光與表面周期結(jié)構(gòu)的耦合作用，將更多的光局限在此結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)致整個可見光波段的光波高效率吸收。TM和TE偏振光從此結(jié)構(gòu)頂部入射，該光的入射角度在O度到45度范圍變化。
[0039]圖3為本發(fā)明設(shè)計的選擇吸收濾光結(jié)構(gòu)的TM偏振光的吸收光譜與入射角度、入射波長的關(guān)系圖。從圖3可以看出，在整個可見光波段(帶寬300nm)，TM偏振光垂直入射時，所述結(jié)構(gòu)的吸收效率幾乎達到86%，光在O?45度范圍內(nèi)變化時吸收效率仍大于86%。
[0040]圖4為本發(fā)明設(shè)計的選擇吸收濾光結(jié)構(gòu)的TE偏振光的吸收光譜與入射角度、入射波長的關(guān)系圖。從圖4可以看出，在整個可見光波段(帶寬300nm), TE偏振光垂直入射時，所述結(jié)構(gòu)的吸收效率幾乎達到81%，光在O?45度范圍內(nèi)變化時吸收效率仍大于81%。
[0041]因此，所述結(jié)構(gòu)對入射光的偏振態(tài)不敏感，且在寬角度范圍(O?45度)具有大于80%的吸收效率。在太陽能電池中應(yīng)用該結(jié)構(gòu)，可捕獲更多的太陽能量。在無油墨印刷中應(yīng)用該結(jié)構(gòu)，人眼將在O?45度視角范圍觀察到黑色。
[0042]實施例二:
[0043]在本實施方式中，改變金屬層的材料，金屬層130為鉻，鉻的介電常數(shù)如圖12所示，其中實現(xiàn)代表介電常數(shù)的實部，虛線代表虛部，可見鉻的介電常數(shù)的實部和虛部在可見光波段范圍內(nèi)滿足本發(fā)明的要求，即虛部大于實部的絕對值。請繼續(xù)參見圖1，在本實施例中，基底110為柔性材料，具體為PET或者PC。介質(zhì)微納單元120為四邊形排列的納米正方形柱子，如圖2(a)所示。進一步的，介質(zhì)微納單元的周期P = 220nm,占空比F = 0.4,厚度hl=100nm。金屬層厚度 h2=20nm。
[0044]采用嚴(yán)格耦合波理論(RCWA)對選擇吸收濾光結(jié)構(gòu)的吸收特性及角度寬容性進行分析。由于金屬層的表面等離子體共振現(xiàn)象和光與表面周期結(jié)構(gòu)的耦合作用，將更多的光局限在此結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)致整個可見光波段的光波高效率吸收。TM和TE偏振光從此結(jié)構(gòu)頂部入射，該光的入射角度在O度到45度范圍變化。
[0045]圖5為本實施方式下的選擇吸收濾光結(jié)構(gòu)的TM偏振光的吸收光譜與入射角度、入射波長的關(guān)系圖。從圖5可以看出，在整個可見光波段(帶寬300nm), TM偏振光垂直入射時，所述結(jié)構(gòu)的吸收效率幾乎達到82%，光在O?45度范圍內(nèi)變化時吸收效率仍大于82%。
[0046]圖6為本實施方式設(shè)計的選擇吸收濾光結(jié)構(gòu)的TE偏振光的吸收光譜與入射角度、入射波長的關(guān)系圖。從圖6可以看出，在整個可見光波段(帶寬300nm),TE偏振光垂直入射時，所述結(jié)構(gòu)的吸收效率幾乎達到81%，光在O?45度范圍內(nèi)變化時吸收效率仍大于75%。
[0047]因此，該實施方式下的選擇吸收濾光結(jié)構(gòu)對入射光的偏振態(tài)不敏感，且在寬角度范圍(O?45度)具有大于75%的吸收效率。在太陽能電池中應(yīng)用該結(jié)構(gòu)，可捕獲更多的太陽能量。在無油墨印刷中應(yīng)用該結(jié)構(gòu)，人眼將在O?45度視角范圍觀察到黑色。
[0048]實施例三:
[0049]在本實施方式中，通過改變介質(zhì)微納單元的形狀，研究介質(zhì)微納單元的形狀對本發(fā)明選擇濾光結(jié)構(gòu)的效果影響。如圖2(b)所示，基底110為柔性材料，具體為PET或者PC。介質(zhì)微納單元120為四邊形排列的納米圓形柱子，金屬層130為鉻。進一步的，介質(zhì)微納單元的周期P = 220nm,占空比F = 0.4,厚度hl=100nm。金屬層厚度h2=20nm。
[0050]采用嚴(yán)格耦合波理論(RCWA)對選擇吸收濾光結(jié)構(gòu)的吸收特性及角度寬容性進行分析。TM和TE偏振光從此結(jié)構(gòu)頂部入射，該光的入射角度在O度到45度范圍變化。
[0051]圖7為本實施方式設(shè)計的選擇吸收濾光結(jié)構(gòu)的TM偏振光的吸收光譜與入射角度、入射波長的關(guān)系圖。從圖7可以看出，在整個可見光波段(帶寬300nm)，TM偏振光垂直入射時，所述結(jié)構(gòu)的吸收效率幾乎達到83%，光在O?45度范圍內(nèi)變化時吸收效率仍大于83%。
[0052]圖8為本實施方式設(shè)計的選擇吸收濾光結(jié)構(gòu)的TE偏振光的吸收光譜與入射角度、入射波長的關(guān)系圖。從圖8可以看出，在整個可見光波段(帶寬300nm),TE偏振光垂直入射時，所述結(jié)構(gòu)的吸收效率幾乎達到83%，光在O?45度范圍內(nèi)變化時吸收效率仍大于76%。
[0053]因此，在該實施方式中，選擇吸收濾光結(jié)構(gòu)對入射光的偏振態(tài)依然不敏感，且在寬角度范圍(O?45度)依然具有大于80%的吸收效率。在太陽能電池中應(yīng)用該結(jié)構(gòu)，可捕獲更多的太陽能量。在無油墨印刷中應(yīng)用該結(jié)構(gòu)，人眼將在O?45度視角范圍觀察到黑色。
[0054]實施例四:
[0055]在本實施方式中，主要研究介質(zhì)微納單元的排列方式對本發(fā)明的選擇濾光結(jié)構(gòu)在濾光效果上的影響。如圖2(c)所示，基底110為柔性材料，具體為PET或者PC。介質(zhì)微納單元120為蜂窩形排列的納米圓形柱子，金屬層130為鉻。進一步的，介質(zhì)微納單元的周期P = 220nm,占空比 F = 0.1，厚度 hl=400nm。金屬層厚度 h2=20nm。
[0056]采用嚴(yán)格耦合波理論(RCWA)對選擇吸收濾光結(jié)構(gòu)的吸收特性及角度寬容性進行分析。TM和TE偏振光從此結(jié)構(gòu)頂部入射，該光的入射角度在O度到45度范圍變化。
[0057]圖9為本實施方式設(shè)計的選擇吸收濾光結(jié)構(gòu)的TM偏振光的吸收光譜與入射角度、入射波長的關(guān)系圖。從圖9可以看出，在整個可見光波段(帶寬300nm), TM偏振光垂直入射時，所述結(jié)構(gòu)的吸收效率幾乎達到88%，光在O?45度范圍內(nèi)變化時吸收效率仍大于88%。
[0058]圖10為本實施方式設(shè)計的選擇吸收濾光結(jié)構(gòu)的TE偏振光的吸收光譜與入射角度、入射波長的關(guān)系圖。從圖10可以看出，在整個可見光波段(帶寬300nm)，TE偏振光垂直入射時，所述結(jié)構(gòu)的吸收效率幾乎達到86%，光在O?45度范圍內(nèi)變化時吸收效率仍大于80%。
[0059]因此，該實施方式下的選擇吸收濾光結(jié)構(gòu)對入射光的偏振態(tài)不敏感，且在寬角度范圍(O?45度)具有大于80%的吸收效率。在太陽能電池中應(yīng)用該結(jié)構(gòu)，可捕獲更多的太陽能量。在無油墨印刷中應(yīng)用該結(jié)構(gòu)，人眼將在O?45度視角范圍觀察到黑色。
[0060]上述兩個實施方式說明，對于不同的介質(zhì)微納單元的形狀和排列方式，在本發(fā)明中都能起到良好的濾光效果。說明在金屬層滿足本發(fā)明的要求的前提下，可以適當(dāng)?shù)母淖兎艑拰橘|(zhì)微納單元形狀和排列的要求。這對降低介質(zhì)微納單元的工藝要求起到了理論支撐，在實際生產(chǎn)時，無論是納米壓印技術(shù)還是刻蝕技術(shù)，對于制作得到的微納結(jié)構(gòu)或多或少存在工藝誤差帶來的形狀尺寸上的偏離，應(yīng)用本發(fā)明的選擇濾光結(jié)構(gòu)后，可以減少工藝誤差對產(chǎn)品質(zhì)量的影響。同時對于微納單元的周期性要求也降低，可以在周期排列的基礎(chǔ)上引入適當(dāng)誤差，形成比如準(zhǔn)周期的排列。
[0061]實施例五
[0062]在本實施方式中，主要研究介質(zhì)微納單元的周期對本發(fā)明選擇濾光結(jié)構(gòu)的濾光效果影響。在該實施方式中，將介質(zhì)微納單元的周期擴展至400nm，金屬層的厚度依舊為20nm,其余參數(shù)同實施例二。
[0063]請參見圖13，圖13為本實施方式下的選擇吸收濾光結(jié)構(gòu)的TM偏振光的吸收光譜圖。從圖中可以看出，當(dāng)介質(zhì)微納單元的周期為400nm時，其吸收率在紫光及近紫外波段下具有略低于70%的吸收率，而在其余波段均超過70%。與實施方式二相比，該數(shù)據(jù)有所下降，說明本發(fā)明的選擇濾光結(jié)構(gòu)，在介質(zhì)微納結(jié)構(gòu)的周期過大時，對高頻波段的光的約束能力下降。為了保證本發(fā)明的選擇濾光結(jié)構(gòu)在可見波段的高吸收效率，本發(fā)明優(yōu)選的實施方式中，介質(zhì)微納單元的周期應(yīng)小于400nm，而該周期的下限，則取決于當(dāng)前工藝的極限情況。
[0064]實施例六
[0065]在本實施方式中，主要研究金屬層厚度對于本發(fā)明選擇吸收濾光結(jié)構(gòu)的濾光效果影響。在該實施方式中，將金屬層的厚度變?yōu)?0nm，其余參數(shù)同實施例五。
[0066]請參見圖14，圖14為本實施方式下的選擇吸收濾光結(jié)構(gòu)的TM偏振光的吸收光譜圖。從圖中可以看出，當(dāng)金屬層的厚度為40nm時，除吸收率波峰出現(xiàn)的波段位置有所變化夕卜，在整個可見光波段的吸收率與實施方式五中數(shù)據(jù)變化不大，只在紫光以及近紫外波段出現(xiàn)低于70%的情況，在其余波段均超過70%。說明本發(fā)明的選擇吸收濾光結(jié)構(gòu)在介質(zhì)微納單元周期一定的情況下，金屬層厚度的變化對于可見光波段的吸收效率的改變不大。
[0067]比較實施例一
[0068]下面，以鋁材料作為金屬層，與本發(fā)明的選擇吸收濾光結(jié)構(gòu)進行比較。請參見圖15，圖15是金屬鋁在可見光波段的介電常數(shù)，其中虛線代表介電常數(shù)的虛部，實線代表實部，可見鋁材料的介電常數(shù)在可見光波段的介電常數(shù)并不滿足本發(fā)明的要求，即虛部小于實部的絕對值。
[0069]此時，以鋁材代替實施例二中的鉻，其余參數(shù)則同實施例二，請參見圖16，圖16是該比較例中TM光的吸收、反射和透射的光譜圖，其中曲線I為吸收率曲線，曲線2為反射率曲線，曲線3為透射率曲線。可見該比較例中，TM光的吸收效率在整個可見光波段只有40%-60%，其余則被反射。說明對于未符合本發(fā)明要求的金屬層，無法達到本發(fā)明所需的吸收濾光效果。
[0070]對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種選擇吸收濾光結(jié)構(gòu)，包括:基底，位于基底上的介質(zhì)微納單元，位于介質(zhì)微納單元上的金屬層，金屬層全覆蓋在介質(zhì)微納單元上，即介質(zhì)微納單元的脊部、槽部以及側(cè)壁上都覆蓋有金屬層，其特征在于:所述金屬層的介電常數(shù)的虛部需大于介電常數(shù)的實部的絕對值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的選擇吸收濾光結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述基底為透明柔性材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的選擇吸收濾光結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述金屬層的材質(zhì)為鎳、鉻或鈦。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的選擇吸收濾光結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述介質(zhì)微納單元的排列為周期性或者準(zhǔn)周期性排列。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的選擇吸收濾光結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述介質(zhì)微納單元的排列為周期性排列時，排列方式可以是四邊形或蜂窩形，微納單元的形狀可以是納米正方形柱子、納米圓形柱子、納米三角形柱子、納米橢圓形柱子中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的選擇吸收濾光結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述介質(zhì)微納單元的周期小于400nm。
【文檔編號】G02B5/22GK103513316SQ201310456357
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】周云, 陳林森, 申溯, 葉燕 申請人:蘇州大學(xué), 蘇州蘇大維格光電科技股份有限公司